DE102018103442A1 - Angle sensor system - Google Patents

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Keisuke Uchida
Hiraku Hirabayashi
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Abstract

Ein Winkelsensorsystem umfasst eine Magnetfelderzeugungseinheit zur Erzeugung eines Drehmagnetfelds und einen Winkelsensor zur Erfassung des Drehmagnetfelds, um einen Erfassungswinkelwert zu erzeugen. Das Drehmagnetfeld enthält erste und zweite Magnetfeldkomponenten, die zueinander orthogonal sind. Jede der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten enthält eine Idealmagnetfeldkomponente und eine Fehlerkomponente, die der fünften Harmonischen der Idealmagnetfeldkomponente entspricht. Der Winkelsensor umfasst erste und zweite Erfassungssignalerzeugungseinheiten. Jede der ersten und zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheiten umfasst eine Magnetschicht, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung des Drehmagnetfelds variiert. Die Magnetschicht ist mit einer magnetischen Anisotropie versehen, die eingestellt ist, um einen aus den Fehlerkomponenten der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten resultierenden Winkelfehler zu verkleinern.An angle sensor system includes a magnetic field generating unit for generating a rotating magnetic field and an angle sensor for detecting the rotating magnetic field to generate a detection angle value. The rotary magnetic field includes first and second magnetic field components that are orthogonal to each other. Each of the first and second magnetic field components includes an ideal magnetic field component and an error component corresponding to the fifth harmonic of the ideal magnetic field component. The angle sensor includes first and second detection signal generating units. Each of the first and second detection signal generating units includes a magnetic layer whose magnetization direction varies according to the direction of the rotating magnetic field. The magnetic layer is provided with a magnetic anisotropy adjusted to reduce an angle error resulting from the error components of the first and second magnetic field components.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Winkelsensorsystem, das eine Magnetfelderzeugungseinheit und einen Winkelsensor umfasst.The present invention relates to an angle sensor system comprising a magnetic field generating unit and an angle sensor.

Beschreibung der verwandten TechnikDescription of the Related Art

In den letzten Jahren wurden Winkelsensoren weitverbreitet in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise bei der Erfassung der Drehposition eines Lenkrads oder eines Servomotors in einem Kraftfahrzeug. Die Winkelsensoren erzeugen einen Erfassungswinkelwert mit einer Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel. Beispiele der Winkelsensoren umfassen einen Magnetwinkelsensor. Ein Winkelsensorsystem, das einen Magnetwinkelsensor einsetzt, ist typischerweise mit einer Magnetfelderzeugungseinheit zur Erzeugung eines Drehmagnetfelds versehen, dessen Richtung sich als Reaktion auf die Drehung oder Linearbewegung eines Objekts verändert. Die Magnetfelderzeugungseinheit kann ein Magnet sein, der zum Beispiel eingerichtet ist, sich zu drehen. Der von dem Magnetwinkelsensor zu erfassende Winkel entspricht beispielsweise der Drehposition des Magneten.In recent years, angle sensors have been widely used in various applications, such as detecting the rotational position of a steering wheel or a servomotor in a motor vehicle. The angle sensors generate a detection angle value corresponding to an angle to be detected. Examples of the angle sensors include a magnetic angle sensor. An angle sensor system employing a magnetic angle sensor is typically provided with a magnetic field generating unit for generating a rotating magnetic field whose direction changes in response to the rotation or linear motion of an object. The magnetic field generating unit may be a magnet configured, for example, to rotate. The angle to be detected by the magnetic angle sensor corresponds, for example, to the rotational position of the magnet.

Unter bekannten Magnetwinkelsensoren ist ein Sensor, der eine Vielzahl von Erfassungsschaltungen zur Erzeugung einer Vielzahl von Erfassungssignalen mit unterschiedlichen Phasen umfasst und einen Erfassungswinkelwert mittels Durchführen von Berechnungen mithilfe der Vielzahl von Erfassungssignalen erzeugt, wie in der JP 2011 - 158488A offenbart. Jede der Vielzahl von Erfassungsschaltungen umfasst zumindest ein Magneterfassungselement. Das Magneterfassungselement umfasst zum Beispiel ein Spin-Ventil Magnetowiderstandselement umfassend eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung, deren Magnetisierungsrichtung festgelegt ist, eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung des Drehmagnetfelds variiert, und eine nichtmagnetische Schicht, die sich zwischen der Schicht mit festgelegter Magnetisierung und der freien Schicht befindet.Among known magnetic angle sensors, a sensor comprising a plurality of detection circuits for generating a plurality of detection signals having different phases and generating a detection angle value by performing calculations using the plurality of detection signals, as in JP 2011 - 158488A disclosed. Each of the plurality of detection circuits comprises at least one magnetic detection element. The magnetic detection element includes, for example, a spin valve type magnetoresistive element comprising a magnetization-fixed layer whose magnetization direction is fixed, a free layer whose magnetization direction varies according to the direction of the rotary magnetic field, and a nonmagnetic layer interposed between the magnetization-fixed layer and the magnetoresistive layer free layer is located.

Für die Magnetwinkelsensoren hat idealerweise jedes der Vielzahl von Erfassungssignalen eine Wellenform einer sinusförmigen Kurve (umfassend eine Sinuswellenform und eine Cosinuswellenform), wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert. Jedoch gibt es Fälle, in denen die Wellenform von jedem Erfassungssignal gegenüber einer sinusförmigen Kure verzerrt ist. Eine Verzerrung der Wellenform von jedem Erfassungssignal kann zu einem gewissen Fehler in dem Erfassungswinkelwert führen. Der in dem Erfassungswinkelwert auftretende Fehler wird nachfolgend als Winkelfehler bezeichnet.For the magnetic angle sensors, ideally, each of the plurality of detection signals has a waveform of a sinusoidal curve (including a sine waveform and a cosine waveform) when the angle to be detected varies with a predetermined period. However, there are cases where the waveform of each detection signal is distorted from a sinusoidal Kure. Distortion of the waveform of each detection signal may result in some error in the detection angle value. The error occurring in the detection angle value is hereinafter referred to as the angle error.

Bei einer Verzerrung der Wellenform enthält jedes Erfassungssignal eine Idealkomponente, die derart variiert, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve abbildet, und eine Fehlerkomponente, die von der Idealkomponente verschieden ist. Ein Erfassungswinkelwert, der berechnet wird, wobei jedes Erfassungssignal nur aus der Idealkomponente besteht, entspricht einem wahren durch den Winkelsensor zu erfassenden Winkel. Ein solcher Erfassungswinkelwert wird nachfolgend als Idealwinkel bezeichnet. Der Winkelfehler ist die Differenz zwischen dem Idealwinkel und einem beliebigen Erfassungswinkelwert.In distortion of the waveform, each detection signal includes an ideal component that varies to map an ideal sinusoidal curve and an error component that is different from the ideal component. A detection angle value calculated, each detection signal consisting only of the ideal component, corresponds to a true angle to be detected by the angle sensor. Such a detection angle value is hereinafter referred to as ideal angle. The angle error is the difference between the ideal angle and any detection angle value.

Die Ursachen für die Verzerrung der Wellenform von jedem Erfassungssignal werden allgemein in eine erste Ursache, die sich auf das Drehmagnetfeld bezieht, welches von der Magnetfelderzeugungseinheit erzeugt wird, und in eine zweite Ursache unterteilt, die sich auf das Magneterfassungselement bezieht. In dem Falle eines idealen Winkelsensorsystems, wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert, ist eine Wellenform, die eine Variation in der Stärke einer Komponente in einer Richtung des Drehmagnetfelds an der Position einer jeden Erfassungsschaltung darstellt, die nachfolgend als Feldstärkenwellenform bezeichnet wird, sinusförmig, und die Wellenform von jedem Erfassungssignal, das von jeder Erfassungsschaltung erzeugt wird, ist ebenfalls sinusförmig. Der Winkelfehler, der durch die erste Ursache verursacht wird, ist auf die Verzerrung der Feldstärkenwellenform gegenüber einer sinusförmigen Kurve zurückzuführen.The causes of the distortion of the waveform of each detection signal are generally divided into a first cause related to the rotating magnetic field generated by the magnetic field generating unit and a second cause related to the magnetic detection element. In the case of an ideal angle sensor system, when the angle to be detected varies with a predetermined period, a waveform representing a variation in the strength of a component in a direction of the rotating magnetic field at the position of each detection circuit, hereinafter referred to as a field strength waveform, is sinusoidal, and the waveform of each detection signal generated by each detection circuit is also sinusoidal. The angle error caused by the first cause is due to the distortion of the field strength waveform versus a sinusoidal curve.

Der durch die zweite Ursache verursachte Winkelfehler ist auf die Verzerrung der Wellenform von jedem Erfassungssignal gegenüber einer sinusförmigen Kurve zurückzuführen, selbst wenn die Feldstärkenwellenform sinusförmig ist. Der durch die zweite Ursache verursachte Winkelfehler entsteht ebenfalls, wenn zum Beispiel die freie Schicht eines magnetoresistiven Elements, das als Magneterfassungselement dient, eine magnetische Anisotropie hat. Ein Winkelfehler kann ebenfalls durch die Kombination der ersten Ursache und der zweiten Ursache verursacht werden.The angle error caused by the second cause is due to the distortion of the waveform of each detection signal from a sinusoidal curve even if the field strength waveform is sinusoidal. The angle error caused by the second cause also arises when, for example, the free layer of a magnetoresistive element serving as a magnetic detection element has a magnetic anisotropy. An angle error can also be caused by the combination of the first cause and the second cause.

JP 2011-158488A beschreibt einen Magnetsensor, der in der Lage ist, den Winkelfehler zu verringern, der durch die erste Ursache verursacht wird. Der Magnetsensor umfasst eine erste Erfassungseinheit und eine zweite Erfassungseinheit, die sich an voneinander verschiedenen Positionen befinden. Die erste Erfassungseinheit umfasst eine erste Erfassungsschaltung, eine zweite Erfassungsschaltung, und eine erste Berechnungsschaltung zur Berechnung eines ersten Erfassungswinkels auf der Grundlage von Ausgangssignalen aus den ersten und zweiten Erfassungsschaltungen. Die zweite Erfassungseinheit umfasst eine dritte Erfassungsschaltung, eine vierte Erfassungsschaltung, und eine zweite Berechnungsschaltung zur Berechnung eines zweiten Erfassungswinkels auf der Grundlage von Ausgangssignalen aus den dritten und vierten Erfassungsschaltungen. Der Magnetsensor umfasst ferner eine dritte Berechnungsschaltung zur Berechnung eines Erfassungswinkelwerts auf der Grundlage der ersten und zweiten Erfassungswinkel. JP 2011-158488A describes a magnetic sensor capable of reducing the angle error caused by the first cause. The magnetic sensor comprises a first detection unit and a second detection unit located at mutually different positions. The first detection unit comprises a first detection circuit, a second detection circuit, and a first calculation circuit for calculating a first detection angle on the first detection circuit Basis of output signals from the first and second detection circuits. The second detection unit comprises a third detection circuit, a fourth detection circuit, and a second calculation circuit for calculating a second detection angle on the basis of output signals from the third and fourth detection circuits. The magnetic sensor further includes a third calculation circuit for calculating a detection angle value based on the first and second detection angles.

Der in JP 2011-158488A beschriebene Magnetsensor erfordert eine große Anzahl von Erfassungsschaltungen und Berechnungsschaltungen, die den Magnetsensor in der Ausgestaltung verkomplizieren.The in JP 2011-158488A The described magnetic sensor requires a large number of detection circuits and calculation circuits that complicate the magnetic sensor in the embodiment.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Winkelsensorsystem bereitzustellen, das in der Ausgestaltung einfach ist und in der Lage ist, einen Winkelfehler in Zusammenhang mit einem Drehmagnetfeld zu verringern, das von einer Magnetfelderzeugungseinheit erzeugt wird.It is an object of the present invention to provide an angle sensor system which is simple in design and capable of reducing an angle error associated with a rotary magnetic field generated by a magnetic field generating unit.

Ein Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung umfasst eine Magnetfelderzeugungseinheit und einen Winkelsensor. Die Magnetfelderzeugungseinheit erzeugt ein Drehmagnetfeld, dessen Richtung an einer vorgegebenen Erfassungsposition gemäß einem zu erfassenden Winkel variiert. Der Winkelsensor erfasst das Drehmagnetfeld an der Erfassungsposition und erzeugt einen Erfassungswinkelwert mit einer Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel. Das Drehmagnetfeld an der Erfassungsposition enthält eine erste Magnetfeldkomponente in einer ersten Richtung, und eine zweite Magnetfeldkomponente in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung orthogonal ist.An angle sensor system of the present invention includes a magnetic field generating unit and an angle sensor. The magnetic field generating unit generates a rotating magnetic field whose direction varies at a predetermined detection position according to an angle to be detected. The angle sensor detects the rotating magnetic field at the detection position and generates a detection angle value corresponding to an angle to be detected. The rotary magnetic field at the detection position includes a first magnetic field component in a first direction, and a second magnetic field component in a second direction orthogonal to the first direction.

Der Winkelsensor umfasst eine erste Erfassungssignalerzeugungseinheit, eine zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit, und eine Winkelerfassungseinheit. Die erste Erfassungssignalerzeugungseinheit erzeugt ein erstes Erfassungssignal mit einer Entsprechung zu dem Cosinus eines Winkels, den die Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition bezüglich der ersten Richtung bildet. Die zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit erzeugt ein zweites Erfassungssignal mit einer Entsprechung zu dem Sinus des Winkels, den die Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition bezüglich der ersten Richtung bildet. Die Winkelerfassungseinheit erzeugt den Erfassungswinkelwert auf Grundlage der ersten und zweiten Erfassungssignale.The angle sensor includes a first detection signal generation unit, a second detection signal generation unit, and an angle detection unit. The first detection signal generating unit generates a first detection signal having a correspondence to the cosine of an angle that the direction of the rotating magnetic field forms at the detection position with respect to the first direction. The second detection signal generation unit generates a second detection signal having a correspondence to the sine of the angle which the direction of the rotation magnetic field forms at the detection position with respect to the first direction. The angle detection unit generates the detection angle value based on the first and second detection signals.

Die erste Erfassungssignalerzeugungseinheit umfasst zumindest ein erstes Magneterfassungselement. Das zumindest eine erste Magneterfassungselement umfasst eine erste Magnetschicht, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition variiert. Die erste Magnetschicht ist mit einer ersten magnetischen Anisotropie versehen.The first detection signal generation unit includes at least a first magnetic detection element. The at least one first magnetic detection element includes a first magnetic layer whose magnetization direction varies according to the direction of the rotating magnetic field at the detection position. The first magnetic layer is provided with a first magnetic anisotropy.

Die zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit umfasst zumindest ein zweites Magneterfassungselement. Das zumindest eine zweite Magneterfassungselement umfasst eine zweite Magnetschicht, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition variiert. Die zweite Magnetschicht ist mit einer zweiten magnetischen Anisotropie versehen.The second detection signal generation unit includes at least a second magnetic detection element. The at least one second magnetic detection element includes a second magnetic layer whose magnetization direction varies according to the direction of the rotational magnetic field at the detection position. The second magnetic layer is provided with a second magnetic anisotropy.

Wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert, enthält jede der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten eine Idealmagnetfeldkomponente und eine Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen. Die Idealmagnetfeldkomponente variiert periodisch derart, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve abbildet. Die Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen ist eine Fehlerkomponente, die einer fünften Harmonischen der Idealmagnetfeldkomponente entspricht. Die Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen verursacht einen Fehler, der mit ¼ der vorgegebenen Periode in dem Erfassungswinkelwert variiert.When the angle to be detected varies with a predetermined period, each of the first and second magnetic field components includes an ideal magnetic field component and a fifth harmonic magnetic field component. The ideal magnetic field component varies periodically such that it maps an ideal sinusoidal curve. The fifth harmonic magnetic field component is an error component corresponding to a fifth harmonic of the ideal magnetic field component. The fifth harmonic magnetic field component causes an error that varies with ¼ of the predetermined period in the detection angle value.

Angenommen, dass jede der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten nur aus der Idealmagnetfeldkomponente besteht, wenn der zu erfassende Winkel mit der vorgegebenen Periode variiert, enthält jedes der ersten und zweiten Erfassungssignale eine Idealsignalkomponente und eine Signalkomponente der dritten Harmonischen. Die Idealsignalkomponente variiert periodisch derart, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve abbildet. Die Signalkomponente der dritten Harmonischen ist eine Fehlerkomponente, die einer dritten Harmonischen der Idealsignalkomponente entspricht. Die Signalkomponente der dritten Harmonischen resultiert aus den ersten und zweiten magnetischen Anisotropien und verursacht einen Fehler, der mit ¼ der vorgegebenen Periode in dem Erfassungswinkelwert variiert.Assuming that each of the first and second magnetic field components consists only of the ideal magnetic field component when the angle to be detected varies with the predetermined period, each of the first and second detection signals includes an ideal signal component and a third harmonic signal component. The ideal signal component varies periodically such that it maps an ideal sinusoidal curve. The signal component of the third harmonic is an error component corresponding to a third harmonic of the ideal signal component. The third harmonic signal component results from the first and second magnetic anisotropies and causes an error that varies in the detection angle value by ¼ of the predetermined period.

Bei dem Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung sind die ersten und zweiten magnetischen Anisotropien eingestellt, es dem Erfassungswinkelwert zu ermöglichen, einen verkleinerten Fehler zu enthalten, der mit ¼ der vorgegebenen Periode variiert, verglichen mit sowohl dem Fehler, den nur die Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht, als auch dem Fehler, den nur durch die Signalkomponente der dritten Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht. In the angle sensor system of the present invention, the first and second magnetic anisotropies are set to allow the detection angle value to contain a reduced error varying with ¼ of the predetermined period, compared with both the error that only the fifth harmonic magnetic field component in the Causes the detection angle value as well as the error caused only by the signal component of the third harmonic in the detection angle value.

Bei dem Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung können der Fehler, der nur durch die Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht wird, und der Fehler, der nur durch die Signalkomponente der dritten Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht wird, eine Phasendifferenz von 45° haben.In the angle sensor system of the present invention, the error caused only by the fifth harmonic magnetic field component in the detection angle value and the error caused only by the third harmonic signal component in the detection angle value may have a phase difference of 45 °.

Bei dem Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung können sowohl die erste als auch die zweite magnetische Anisotropie magnetische Formanisotropien sein. Eine einfache Achsenrichtung, die von der ersten magnetischen Anisotropie begründet wird, und eine einfache Achsenrichtung, die von der zweiten magnetischen Anisotropie begründet wird, können orthogonal zueinander sein.In the angle sensor system of the present invention, both the first and second magnetic anisotropies may be magnetic shape anisotropies. A simple axis direction established by the first magnetic anisotropy and a simple axis direction established by the second magnetic anisotropy may be orthogonal to each other.

Bei dem Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung können, wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert, jede der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten ferner eine Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen enthalten, die eine Fehlerkomponente ist, die einer dritten Harmonischen der Idealmagnetfeldkomponente entspricht. Die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen verursacht einen Fehler, der mit ½ der vorgegebenen Periode in dem Erfassungswinkelwert variiert. Der Winkelsensor kann den Fehler korrigieren, den die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht.In the angle sensor system of the present invention, when the angle to be detected varies with a predetermined period, each of the first and second magnetic field components may further include a third harmonic magnetic field component that is an error component corresponding to a third harmonic of the ideal magnetic field component. The magnetic field component of the third harmonic causes an error that varies with ½ the predetermined period in the detection angle value. The angle sensor can correct the error caused by the third harmonic magnetic field component in the detection angle value.

Die Winkelerfassungseinheit kann eine Korrekturverarbeitung durchführen, um den Fehler zu korrigieren, den die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht. Die Korrekturverarbeitung kann das Durchführen einer Umwandlungsberechnung umfassen, um die ersten und zweiten Erfassungssignale in erste und zweite Berechnungssignale umzuwandeln, die zur Winkelberechnung zur Berechnung des Erfassungswinkelwerts verwendet werden sollen. Die Umwandlungsberechnung kann die ersten und zweiten Erfassungssignale in die ersten und zweiten Berechnungssignale umwandeln, um es dem Erfassungswinkelwert zu ermöglichen, einen verringerten Fehler zu enthalten, der mit ½ der vorgegebenen Periode variiert, verglichen mit dem Fall der Berechnung des Erfassungswinkelwerts unter Verwendung der ersten und zweiten Erfassungssignale in der Winkelberechnung.The angle detection unit may perform correction processing to correct the error caused by the third harmonic magnetic field component in the detection angle value. The correction processing may include performing a conversion calculation to convert the first and second detection signals into first and second calculation signals to be used for the angle calculation for calculating the detection angle value. The conversion calculation may convert the first and second detection signals into the first and second calculation signals to allow the detection angle value to include a reduced error that varies with ½ the predetermined period as compared with the case of calculating the detection angle value using the first and second calculation signals second detection signals in the angle calculation.

Eines von dem zumindest einen ersten Magneterfassungselement und dem zumindest einen zweiten Magneterfassungselement kann eine Magnetschicht umfassen, die mit einer dritten magnetischen Anisotropie versehen ist. Die Magnetschicht, die mit der dritten magnetischen Anisotropie versehen ist, ist eine Schicht, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition variiert. Der Fehler, den die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht, kann vermittels der ersten oder zweiten magnetischen Anisotropie in dem anderen des zumindest einen ersten Magneterfassungselements und des zumindest einen zweiten Magneterfassungselements und der dritten magnetischen Anisotropie korrigiert werden. Die dritte magnetische Anisotropie kann eine magnetische Formanisotropie sein.One of the at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element may include a magnetic layer provided with a third magnetic anisotropy. The magnetic layer provided with the third magnetic anisotropy is a layer whose direction of magnetization varies according to the direction of the rotating magnetic field at the detection position. The error caused by the magnetic field component of the third harmonic in the detection angle value may be corrected by the first or second magnetic anisotropy in the other of the at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element and the third magnetic anisotropy. The third magnetic anisotropy may be magnetic shape anisotropy.

In dem einen des zumindest einen ersten Magneterfassungselements und des zumindest einen zweiten Magneterfassungselements kann die Magnetschicht, die mit der dritten magnetischen Anisotrope versehen ist, eine andere als die erste oder zweite Magnetschicht sein. Alternativ kann bei dem einen des zumindest einen ersten Magneterfassungselements und des zumindest einen zweiten Magneterfassungselements die erste oder zweite Magnetschicht zusätzlich zu der ersten oder zweiten magnetischen Anisotropie mit der dritten magnetischen Anisotropie versehen sein.In the one of the at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element, the magnetic layer provided with the third magnetic anisotropy may be other than the first or second magnetic layer. Alternatively, in the one of the at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element, the first or second magnetic layer may be provided with the third magnetic anisotropy in addition to the first or second magnetic anisotropy.

Die dritte magnetische Anisotropie und die erste oder zweite magnetische Anisotropie, die dazu verwendet werden, den Fehler zu korrigieren, den die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht, können die gleiche einfache Achsenrichtung begründen.The third magnetic anisotropy and the first or second magnetic anisotropy used to correct the error caused by the third harmonic field magnetic field component in the detection angle value may justify the same simple axis direction.

Bei dem Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung können das zumindest eine erste Magneterfassungselement und das zumindest eine zweite Magneterfassungselement jeweils ein oder mehrere magnetoresistive Elemente umfassen.In the angle sensor system of the present invention, the at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element may each include one or more magnetoresistive elements.

Bei dem Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung kann die Magnetfelderzeugungseinheit ein Magnet sein, der um eine Mittenachse drehbar ist. In einem solchen Fall kann die Erfassungsposition außerhalb der Mittenachse liegen. Der zu erfassende Winkel kann der Drehposition des Magneten entsprechen.In the angle sensor system of the present invention, the magnetic field generating unit may be a magnet which is rotatable about a center axis. In such a case, the detection position may be outside the center axis. The angle to be detected may correspond to the rotational position of the magnet.

Bei dem Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung kann die Magnetfelderzeugungseinheit ein Magnet sein, der eine Vielzahl von Paaren aus N- und S-Polen umfasst, die abwechselnd in der ersten Richtung angeordnet sind. In diesem Fall kann die Relativposition des Magneten bezüglich der Erfassungsposition in der ersten Richtung variabel sein. Der zu erfassende Winkel kann ein Winkel sein, der die Relativposition des Magneten bezüglich der Erfassungsposition darstellt, wobei eine Teilung des Magneten 360° ist.In the angle sensor system of the present invention, the magnetic field generating unit may be a magnet including a plurality of pairs of N and S poles arranged alternately in the first direction. In this case, the relative position of the magnet with respect to the detection position in the first direction may be variable. The angle to be detected may be an angle representing the relative position of the magnet with respect to the detection position, wherein a pitch of the magnet is 360 °.

Das Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung nutzt die ersten und zweiten magnetischen Anisotropien, um den Winkelfehler zu verkleinern, der aufgrund der Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen auftritt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit die Verringerung des Winkelfehlers in Zusammenhang mit dem Drehmagnetfeld, das von der Magnetfelderzeugungseinheit erzeugt wird, ohne die Ausgestaltung zu verkomplizieren.The angle sensor system of the present invention utilizes the first and second magnetic anisotropies to reduce the angle error. which occurs due to the magnetic field component of the fifth harmonic. The present invention thus makes it possible to reduce the angular error associated with the rotating magnetic field generated by the magnetic field generating unit without complicating the configuration.

Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung besser ersichtlich.Other and further objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description.

Figurenlistelist of figures

  • 1 ist eine Seitenansicht, die die allgemeine Ausgestaltung eines Winkelsensorsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt. 1 is a side view illustrating the general configuration of an angle sensor system according to a first embodiment of the invention.
  • 2 ist eine Draufsicht, die die allgemeine Ausgestaltung des Winkelsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt. 2 FIG. 11 is a plan view illustrating the general configuration of the angle sensor system according to the first embodiment of the invention. FIG.
  • 3 ist ein Erläuterungsdiagramm, das die Definitionen von Richtungen und Winkeln darstellt, die in der ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet werden. 3 Fig. 12 is an explanatory diagram illustrating the definitions of directions and angles used in the first embodiment of the invention.
  • 4 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein erstes Beispiel einer Ausgestaltung einer Erfassungseinheit der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt. 4 Fig. 10 is a circuit diagram illustrating a first example of a configuration of a detection unit of the first embodiment of the invention.
  • 5 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein zweites Beispiel einer Ausgestaltung der Erfassungseinheit der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt. 5 Fig. 10 is a circuit diagram illustrating a second example of an embodiment of the detection unit of the first embodiment of the invention.
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Magneterfassungselements, das in 4 dargestellt ist. 6 FIG. 15 is a perspective view of a part of a magnetic detection element incorporated in FIG 4 is shown.
  • 7 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Ausgestaltung einer Winkelerfassungseinheit der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt. 7 Fig. 10 is a functional block diagram illustrating the configuration of an angle detection unit of the first embodiment of the invention.
  • 8 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel von Wellenformen erster und zweiter Magnetfeldkomponenten in der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt. 8th FIG. 15 is a waveform diagram illustrating an example of waveforms of first and second magnetic field components in the first embodiment of the invention. FIG.
  • 9 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform eines Winkelfehlers darstellt, der aus den ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten resultiert, die in 8 gezeigt sind. 9 FIG. 11 is a waveform diagram illustrating the waveform of an angle error resulting from the first and second magnetic field components included in FIG 8th are shown.
  • 10 ist ein Wellenformdiagramm, das Wellenformen von jeweiligen Magnetfeldkomponenten der dritten Harmonischen der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten darstellt, die in 8 gezeigt sind. 10 FIG. 15 is a waveform diagram illustrating waveforms of respective third harmonic magnetic field components of the first and second magnetic field components included in FIG 8th are shown.
  • 11 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform eines Winkelfehlers darstellt, der nur aus Magnetfeldkomponenten der dritten Harmonischen resultiert, die in 10 gezeigt sind. 11 FIG. 12 is a waveform diagram illustrating the waveform of an angle error resulting only from third harmonic magnetic field components that are in 10 are shown.
  • 12 ist ein Wellenformdiagramm, das Wellenformen von jeweiligen Magnetfeldkomponenten der fünften Harmonischen der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten darstellt, die in 8 gezeigt sind. 12 FIG. 15 is a waveform diagram illustrating waveforms of respective fifth-harmonic magnetic field components of the first and second magnetic field components shown in FIG 8th are shown.
  • 13 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform eines Winkelfehlers darstellt, der nur aus den Magnetfeldkomponenten der fünften Harmonischen resultiert, die in 12 gezeigt sind. 13 FIG. 12 is a waveform diagram illustrating the waveform of an angle error resulting only from the fifth harmonic magnetic field components that are shown in FIG 12 are shown.
  • 14 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel von Wellenformen von ersten und zweiten Erfassungssignalen darstellt, die erhalten werden, wenn die erste und zweite Magnetfeldkomponente jeweils nur aus einer Idealmagnetfeldkomponente in der ersten Ausführungsform der Erfindung bestehen. 14 FIG. 12 is a waveform diagram illustrating an example of waveforms of first and second detection signals obtained when the first and second magnetic field components each consist of only one ideal magnetic field component in the first embodiment of the invention.
  • 15 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform eines Winkelfehlers darstellt, der nur aus jeweiligen Signalkomponenten der dritten Harmonischen der ersten und zweiten Erfassungssignale resultiert, die in 14 gezeigt sind. 15 FIG. 15 is a waveform diagram illustrating the waveform of an angle error resulting only from respective third harmonic signal components of the first and second detection signals shown in FIG 14 are shown.
  • 16 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel der Wellenform eines Winkelfehlers darstellt, der in einem Erfassungswinkelwert auftritt, der mittels Durchführung einer Winkelberechnung mittels der ersten und zweiten Erfassungssignale in der ersten Ausführungsform der Erfindung erhalten wird. 16 FIG. 12 is a waveform diagram illustrating an example of the waveform of an angle error occurring in a detection angle value obtained by performing angle calculation by the first and second detection signals in the first embodiment of the invention. FIG.
  • 17 ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Wellenform eines Winkelfehlers darstellt, der in einem Erfassungswinkelwert auftritt, der mittels Durchführung einer Winkelberechnung mittels der ersten und zweiten Berechnungssignale in der ersten Ausführungsform der Erfindung erhalten wird. 17 FIG. 12 is a waveform diagram illustrating an exemplary waveform of an angle error occurring in a detection angle value obtained by performing an angle calculation using the first and second calculation signals in the first embodiment of the invention. FIG.
  • 18 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein erstes Beispiel einer Ausgestaltung einer Erfassungseinheit einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt. 18 Fig. 10 is a circuit diagram illustrating a first example of a configuration of a detection unit of a second embodiment of the invention.
  • 19 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Ausgestaltung einer Winkelerfassungseinheit der zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt. 19 Fig. 13 is a functional block diagram illustrating the configuration of an angle detection unit of the second embodiment of the invention.
  • 20 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform eines Winkelfehlers darstellt, der aus einer ersten oder zweiten magnetischen Anisotropie und einer dritten magnetischen Anisotropie in der zweiten Ausführungsform der Erfindung resultiert. 20 FIG. 12 is a waveform diagram illustrating the waveform of an angle error resulting from first or second magnetic anisotropy and third magnetic anisotropy in the second embodiment of the invention.
  • 21 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Ausgestaltung einer Erfassungseinheit eines Winkel sensors einer dritten Ausführungsform der Erfindung darstellt. 21 is a circuit diagram illustrating the configuration of a detection unit of a Angle sensor represents a third embodiment of the invention.
  • 22 ist ein Erläuterungsdiagramm, das einen ersten Zustand eines Winkelsensorsystems gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung darstellt. 22 FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a first state of an angle sensor system according to a fourth embodiment of the invention. FIG.
  • 23 ist ein Erläuterungsdiagramm, das einen zweiten Zustand des Winkelsensorsystems gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung darstellt. 23 FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a second state of the angle sensor system according to the fourth embodiment of the invention. FIG.
  • 24 ist ein Erläuterungsdiagramm, das einen dritten Zustand des Winkelsensorsystems gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung darstellt. 24 FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a third state of the angle sensor system according to the fourth embodiment of the invention. FIG.
  • 25 ist ein Erläuterungsdiagramm, das einen vierten Zustand des Winkelsensorsystems gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung darstellt. 25 FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a fourth state of the angle sensor system according to the fourth embodiment of the invention. FIG.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

[Erste Ausführungsform]First Embodiment

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun ausführlich anhand der Zeichnungen erläutert. Zunächst wird auf 1 und 2 Bezug genommen, um die allgemeine Ausgestaltung eines Winkelsensorsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zu beschreiben. 1 ist eine Seitenansicht, die die allgemeine Ausgestaltung des Winkelsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. 2 ist eine Draufsicht, die die allgemeine Ausgestaltung des Winkelsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Das Winkelsensorsystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst eine Magnetfelderzeugungseinheit und einen Winkel sensor 2.Preferred embodiments of the present invention will now be explained in detail with reference to the drawings. First, it will open 1 and 2 Reference is made to describe the general configuration of an angle sensor system according to a first embodiment of the invention. 1 FIG. 11 is a side view illustrating the general configuration of the angle sensor system according to the first embodiment. FIG. 2 FIG. 10 is a plan view illustrating the general configuration of the angle sensor system according to the first embodiment. FIG. The angle sensor system 1 According to the first embodiment, a magnetic field generating unit and an angle sensor 2.

Die Magnetfelderzeugungseinheit der vorliegenden Ausführungsform ist ein Magnet 5 mit einer Ringform, der auf einer Drehwelle 6 gelagert ist, bei der es sich um ein Objekt handelt, dessen Drehposition erfasst werden soll. Als Reaktion auf die Drehung der Drehwelle 6 dreht sich der Magnet 5 um eine Mittenachse C in einer Drehrichtung D. Der in der vorliegenden Ausführungsform zu erfassende Winkel entspricht der Drehposition der Drehwelle 6 und der Drehposition des Magneten 5. Nachfolgend wird der zu erfassende Winkel als „Zielwinkel“ bezeichnet und durch das Bezugszeichen θ dargestellt.The magnetic field generating unit of the present embodiment is a magnet 5 with a ring shape, on a rotating shaft 6 is stored, which is an object whose rotational position is to be detected. In response to the rotation of the rotary shaft 6 the magnet turns 5 around a center axis C in a rotational direction D. The angle to be detected in the present embodiment corresponds to the rotational position of the rotary shaft 6 and the rotational position of the magnet 5 , Hereinafter, the angle to be detected is referred to as "target angle" and represented by the reference character θ.

Der Magnet 5, der als die Magnetfelderzeugungseinheit dient, hat eine Magnetisierung in der Richtung, die durch die Pfeile 5M in 2 dargestellt wird. Mit dieser Magnetisierung erzeugt der Magnet 5 ein Drehmagnetfeld MF, dessen Richtung an einer vorgegebenen Erfassungsposition PR gemäß dem Zielwinkel θ variiert. Nachfolgend wird der Winkel, den die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF an der Erfassungsposition PR gegenüber einer vorgegebenen Referenzrichtung DR bildet, als „Drehfeldwinkel“ bezeichnet und durch das Symbol θM dargestellt.The magnet 5 , which serves as the magnetic field generating unit, has a magnetization in the direction indicated by the arrows 5 M in 2 is pictured. With this magnetization the magnet generates 5 a rotating magnetic field MF whose direction varies at a predetermined detection position PR according to the target angle θ. Hereinafter, the angle formed by the direction DM of the rotary magnetic field MF at the detection position PR against a predetermined reference direction DR will be referred to as a "rotating field angle" and represented by the symbol θM.

Der Winkelsensor 2 ist insbesondere ein Magnetwinkelsensor. Der Winkelsensor 2 erfasst das Drehmagnetfeld MF an der Erfassungsposition PR und erzeugt einen Erfassungswinkelwert θs mit einer Entsprechung zu dem Zielwinkel θ.The angle sensor 2 is in particular a magnetic angle sensor. The angle sensor 2 detects the rotating magnetic field MF at the detection position PR and generates a detection angle value θs with a correspondence to the target angle θ.

Die Erfassungsposition PR befindet sich in einer Referenzebene P, bei der es sich um eine imaginäre Ebene handelt, die parallel zu einer Endfläche des Magneten 5 ist und senkrecht zu der Mittenachse C. In der Referenzebene P dreht sich die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF um die Erfassungsposition PR. Die Referenzrichtung DR befindet sich in der Referenzebene P und schneidet die Erfassungsposition PR. In der folgenden Beschreibung bezieht sich die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF an der Erfassungsposition PR auf eine Richtung in der Referenzebene P.The detection position PR is in a reference plane P, which is an imaginary plane parallel to an end face of the magnet 5 is and perpendicular to the center axis C. In the reference plane P, the direction DM of the rotating magnetic field MF rotates around the detection position PR. The reference direction DR is located in the reference plane P and intersects the detection position PR. In the following description, the direction DM of the rotating magnetic field MF at the detection position PR refers to a direction in the reference plane P.

Der Winkelsensor 2 umfasst eine Erfassungseinheit 10 und eine Winkelerfassungseinheit 20. Die Winkelerfassungseinheit 20 ist in 1 oder 2 nicht dargestellt, jedoch in 4 gezeigt, welche später beschrieben werden soll. Die Erfassungseinheit 10 berührt oder schneidet die Referenzebene P. Die Relativposition des Magneten 5 bezüglich der Erfassungseinheit 10 variiert in der Drehrichtung D um die Mittenachse C.The angle sensor 2 comprises a detection unit 10 and an angle detection unit 20. The angle detection unit 20 is in 1 or 2 not shown, but in 4 shown, which will be described later. The detection unit 10 touches or cuts the reference plane P. The relative position of the magnet 5 with respect to the detection unit 10 varies in the direction of rotation D about the center axis C.

Nun werden die Definitionen von Richtungen und Winkeln, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden, unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. Zunächst ist die Z-Richtung die Richtung parallel zu der in 1 dargestellten Mittenachse C und verläuft in 1 nach oben. In den 2 und 3 verläuft die Z-Richtung aus der Ebene der Zeichnung hinaus. Als nächstes sind die X- und Y-Richtungen zwei Richtungen, die senkrecht zu der Z-Richtung und orthogonal zueinander sind. In 1 verläuft die X-Richtung nach rechts, und die Y-Richtung verläuft in die Ebene der Zeichnung. In den 2 und 3 verläuft die X-Richtung nach rechts, und die Y-Richtung verläuft nach oben. Ferner ist die -X-Richtung die der X-Richtung entgegengesetzte Richtung, und die -Y-Richtung ist die der Y-Richtung entgegengesetzte Richtung.Now, the definitions of directions and angles used in the present embodiment will be described with reference to FIGS 1 to 3 described. First, the Z direction is the direction parallel to the in 1 shown center axis C and runs in 1 up. In the 2 and 3 the Z-direction is out of the plane of the drawing. Next, the X and Y directions are two directions perpendicular to the Z direction and orthogonal to each other. In 1 the x-direction is to the right and the y-direction is to the plane of the drawing. In the 2 and 3 the X-direction is to the right and the Y-direction is upwards. Further, the -X direction is the direction opposite to the X direction, and the -Y direction is the direction opposite to the Y direction.

Die Erfassungsposition PR ist die Position, an der der Winkelsensor 2 das Drehmagnetfeld MF erfasst. Die Referenzrichtung DR ist die X-Richtung. Die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF dreht sich in 3 entgegen dem Uhrzeigersinn. Der Zielwinkel θ und der Drehfeldwinkel θM werden aus der Referenzrichtung DR entgegen dem Uhrzeigersinn gesehen in positiven Werten ausgedrückt, und aus der Referenzrichtung DR im Uhrzeigersinn gesehen in negativen Werten ausgedrückt.The detection position PR is the position where the angle sensor 2 detects the rotary magnetic field MF. The reference direction DR is the X direction. The direction DM of the rotary magnetic field MF rotates in 3 counterclockwise. The target angle θ and the rotational field angle θM are expressed in positive values as viewed from the reference direction DR in the counterclockwise direction, and expressed in negative values from the reference direction DR in the clockwise direction.

Eine erste Richtung D1 und eine zweite Richtung D2 beziehen sich auf zwei Richtungen in der Referenzebene P, die orthogonal zueinander sind. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Richtung D1 die X-Richtung, und die zweite Richtung D2 ist die Y-Richtung.A first direction D1 and a second direction D2 refer to two directions in the reference plane P which are orthogonal to each other. In the present embodiment, the first direction D1 is the X direction, and the second direction D2 is the Y direction.

Wie in 3 dargestellt, enthält das Drehmagnetfeld MF an der Erfassungsposition PR eine erste Magnetfeldkomponente MF1 in der ersten Richtung D1 und eine zweite Magnetfeldkomponente MF2 in der zweiten Richtung D2.As in 3 1, the rotary magnetic field MF at the detection position PR includes a first magnetic field component MF1 in the first direction D1 and a second magnetic field component MF2 in the second direction D2.

Die Ausgestaltung der Erfassungseinheit 10 wird nun ausführlich unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben. 4 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein erstes Beispiel einer Ausgestaltung der Erfassungseinheit 10 darstellt. 5 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein zweites Beispiel einer Ausgestaltung der Erfassungseinheit 10 darstellt. Die Erfassungseinheit 10 umfasst eine erste Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 und eine zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit 12.The embodiment of the detection unit 10 will now be described in detail with reference to 4 and 5 described. 4 Fig. 10 is a circuit diagram showing a first example of an embodiment of the detection unit 10 represents. 5 Fig. 10 is a circuit diagram showing a second example of an embodiment of the detection unit 10 represents. The registration unit 10 comprises a first detection signal generating unit 11 and a second detection signal generation unit 12 ,

Die erste Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 erzeugt ein erstes Erfassungssignal S1 mit einer Entsprechung zu dem Cosinus des Winkels, den die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF an der Erfassungsposition PR bezüglich der ersten Richtung D1 bildet. Die zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 erzeugt ein zweites Erfassungssignal S2 mit einer Entsprechung zu dem Sinus des Winkels, den die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF an der Erfassungsposition PR bezüglich der ersten Richtung D1 bildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Richtung D1 die gleiche Richtung wie die Referenzrichtung DR. Daher ist der Winkel, den die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF an der Erfassungsposition PR bezüglich der ersten Richtung D1 bildet, gleich dem Drehfeldwinkel θM.The first detection signal generation unit 11 generates a first detection signal S1 corresponding to the cosine of the angle which the direction DM of the rotating magnetic field MF forms at the detection position PR with respect to the first direction D1. The second detection signal generation unit 12 generates a second detection signal S2 corresponding to the sine of the angle formed by the direction DM of the rotating magnetic field MF at the detection position PR with respect to the first direction D1. In the present embodiment, the first direction D1 is the same direction as the reference direction DR. Therefore, the angle formed by the direction DM of the rotary magnetic field MF at the detection position PR with respect to the first direction D1 is equal to the rotary field angle θM.

Die erste Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 umfasst zumindest ein erstes Magneterfassungselement zur Erfassung des Drehmagnetfelds MF. Das zumindest eine erste Magneterfassungselement umfasst eine erste Magnetschicht, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF an der Erfassungsposition PR variiert. Die erste Magnetschicht ist mit einer ersten magnetischen Anisotropie versehen.The first detection signal generation unit 11 comprises at least a first magnetic detection element for detecting the rotary magnetic field MF. The at least one first magnetic detection element comprises a first magnetic layer whose magnetization direction varies according to the direction DM of the rotary magnetic field MF at the detection position PR. The first magnetic layer is provided with a first magnetic anisotropy.

Die zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 umfasst zumindest ein zweites Magneterfassungselement zur Erfassung des Drehmagnetfelds MF. Das zumindest eine zweite Magneterfassungselement umfasst eine zweite Magnetschicht, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF an der Erfassungsposition PR variiert. Die zweite Magnetschicht ist mit einer zweiten magnetischen Anisotropie versehen.The second detection signal generation unit 12 comprises at least a second magnetic detection element for detecting the rotary magnetic field MF. The at least one second magnetic detection element comprises a second magnetic layer whose magnetization direction varies according to the direction DM of the rotary magnetic field MF at the detection position PR. The second magnetic layer is provided with a second magnetic anisotropy.

Sowohl die erste als auch die zweite magnetische Anisotropie sind z.B. magnetische Formanisotropien. Die einfache Achsenrichtung, die von der ersten magnetischen Anisotropie begründet wird, und die einfache Achsenrichtung, die von der zweiten magnetischen Anisotropie begründet wird, sind zueinander orthogonal.Both the first and the second magnetic anisotropy are e.g. magnetic shape anisotropies. The simple axis direction established by the first magnetic anisotropy and the simple axis direction established by the second magnetic anisotropy are orthogonal to each other.

Das zumindest eine erste Magneterfassungselement und das zumindest eine zweite Magneterfassungselement können jeweils ein oder mehrere magnetoresistive Elemente umfassen. Die ein oder mehreren magnetoresistiven Elemente können Riesenmagnetowiderstandselement(e) (GMR-Element(e)), Element(e) mit magnetischem Tunnelwiderstand (TMR-Element(e)) oder anisotrope magnetoresistive Element(e) (AMR-Element(e)) sein.The at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element may each comprise one or more magnetoresistive elements. The one or more magnetoresistive elements may be giant magnetoresistive element (s) (GMR element (s)), magnetic tunnel resistance element (s) (TMR element (s)) or anisotropic magnetoresistive element (s) (AMR element (s)) be.

Wenn der Zielwinkel θ mit einer vorgegebenen Periode variiert, so dass die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF dazu veranlasst wird, mit der vorgegebenen Periode zu variieren, variiert jedes der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 periodisch mit einer Signalperiode, die gleich der vorgenannten vorgegebenen Periode ist. Die Phase des zweiten Erfassungssignals S2 unterscheidet sich bevorzugt von jener des ersten Erfassungssignals S1 um 90°. Angesichts von Herstellungstoleranzen des Magneterfassungselements und anderen Faktoren kann die Phasendifferenz zwischen dem ersten Erfassungssignal S1 und dem zweiten Erfassungssignal S2 geringfügig von 90° abweichen. In der folgenden Beschreibung haben das erste Erfassungssignal S1 und das zweite Erfassungssignal S2 eine Phasendifferenz von 90°.When the target angle θ varies with a predetermined period so as to cause the direction DM of the rotary magnetic field MF to vary with the predetermined period, each of the first and second detection signals S1 and S2 periodically varies with a signal period equal to the aforementioned predetermined period is. The phase of the second detection signal S2 preferably differs from that of the first detection signal S1 by 90 °. In view of manufacturing tolerances of the magnetic detection element and other factors, the phase difference between the first detection signal S1 and the second detection signal S2 may slightly deviate from 90 °. In the following description, the first detection signal S1 and the second detection signal S2 have a phase difference of 90 °.

Es wird nun Bezug genommen auf 4 und 5, um ein Beispiel der spezifischen Ausgestaltung der ersten und zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheiten 11 und 12 zu beschreiben. In diesem Beispiel umfasst die erste Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 eine Wheatstone Brückenschaltung 14 und einen Differenzdetektor 15. Die zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 umfasst eine Wheatstone Brückenschaltung 16 und einen Differenzdetektor 17.It will now be referred to 4 and 5 to an example of the specific configuration of the first and second detection signal generating units 11 and 12 to describe. In this example, the first detection signal generation unit 11 includes a Wheatstone bridge circuit 14 and a difference detector 15. The second detection signal generation unit 12 includes a Wheatstone bridge circuit 16 and a difference detector 17 ,

Jede der Wheatstone Brückenschaltungen 14 und 16 umfasst vier Magneterfassungselemente R1, R2, R3 und R4, einen Stromversorgungsanschluss V, einen Masseanschluss G, einen ersten Ausgangsanschluss E1, und einen zweiten Ausgangsanschluss E2. Das Magneterfassungselement R1 ist zwischen dem Stromversorgungsanschluss V und dem ersten Ausgangsanschluss E1 vorgesehen. Das Magneterfassungselement R2 ist zwischen dem ersten Ausgangsanschluss E1 und dem Masseanschluss G vorgesehen. Das Magneterfassungselement R3 ist zwischen dem Stromversorgungsanschluss V und dem zweiten Ausgangsanschluss E2 vorgesehen. Das Magneterfassungselement R4 ist zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss E2 und dem Masseanschluss G vorgesehen. Eine Versorgungsspannung vorgegebener Größe ist an dem Stromversorgungsanschluss V angelegt. Der Masseanschluss G ist geerdet.Each of the Wheatstone bridge circuits 14 and 16 includes four magnetic detection elements R1, R2, R3 and R4, a power supply terminal V, a ground terminal G, a first output terminal E1, and a second output terminal E2. The magnetic detection element R1 is provided between the power supply terminal V and the first output terminal E1. The magnetic detection element R2 is provided between the first output terminal E1 and the ground terminal G. The magnetic detection element R3 is provided between the power supply terminal V and the second output terminal E2. The magnetic detection element R4 is provided between the second output terminal E2 and the ground terminal G. A supply voltage of a predetermined size is applied to the power supply terminal V. The earth connection G is earthed.

Jedes der Magneterfassungselemente R1, R2, R3 und R4 kann eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Magnetowiderstandselementen (MR-Elementen) umfassen. Jedes der Vielzahl von MR-Elementen ist z.B. ein Spin-Ventil-MR Element. Das Spin-Ventil-MR-Element umfasst eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung, deren Magnetisierungsrichtung festgelegt ist, eine freie Schicht, die eine Magnetschicht ist, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF an der Erfassungsposition PR variiert, und eine nichtmagnetische Schicht, die sich zwischen der Schicht mit festgelegter Magnetisierung und der freien Schicht befindet. Das Spin-Ventil-MR-Element kann ein TMR-Element oder ein GMR Element sein. Bei dem TMR Element ist die nichtmagnetische Schicht eine Tunnelbarriereschicht. Bei dem GMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht eine nichtmagnetische, leitfähige Schicht. Das Spin-Ventil MR-Element variiert im Widerstand gemäß dem Winkel, den die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht gegenüber der Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festgelegter Magnetisierung bildet, und hat einen Minimalwiderstand, wenn der vorgenannte Winkel 0° beträgt, und einen Maximalwiderstand, wenn der vorgenannte Winkel 180° beträgt. In 4 und 5 geben die gefüllten Pfeile die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente an.Each of the magnetic detection elements R1, R2, R3, and R4 may comprise a plurality of series-connected magnetoresistive elements (MR elements). Each of the plurality of MR elements is, for example, a spin valve MR element. The spin valve MR element comprises a magnetization-fixed layer whose magnetization direction is fixed, a free layer which is a magnetic layer whose magnetization direction varies according to the direction DM of the rotary magnetic field MF at the detection position PR, and a non-magnetic layer is located between the layer with fixed magnetization and the free layer. The spin valve MR element may be a TMR element or a GMR element. In the TMR element, the nonmagnetic layer is a tunnel barrier layer. In the GMR element, the non-magnetic layer is a nonmagnetic conductive layer. The spin valve MR element varies in resistance according to the angle formed by the magnetization direction of the free layer to the magnetization direction of the magnetization-fixed layer, and has a minimum resistance when the aforementioned angle is 0 °, and a maximum resistance when the aforementioned Angle is 180 °. In 4 and 5 The filled arrows indicate the magnetization directions of the magnetization-fixed layers of the MR elements.

Bei der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 sind die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R1 und R4 enthalten sind, in der ersten Richtung D1 magnetisiert (die X-Richtung), und die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R2 und R3 enthalten sind, sind in der zu der ersten Richtung D1 entgegengesetzten Richtung magnetisiert. In diesem Fall variiert die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 der Wheatstone Brückenschaltung 14 gemäß dem Cosinus des Drehfeldwinkels θM. Der Differenzdetektor 15 gibt ein Signal, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 der Wheatstone Brückenschaltung 14 entspricht, als das erste Erfassungssignal S1 aus. Die erste Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 erzeugt somit das erste Erfassungssignal S1 mit einer Entsprechung zu dem Cosinus des Drehfeldwinkels θM.At the first detection signal generation unit 11 For example, the magnetization-defining layers of the MR elements included in the magnetic detection elements R1 and R4 are magnetized in the first direction D1 (the X direction), and the magnetization-defining layers of the MR elements included in the magneto-sensing elements R2 and R3 are magnetized in the direction opposite to the first direction D1. In this case, the potential difference between the output terminals E1 and E2 of the Wheatstone bridge circuit varies 14 according to the cosine of the rotating field angle θM. The difference detector 15 outputs a signal corresponding to the potential difference between the output terminals E1 and E2 of the Wheatstone bridge circuit 14 as the first detection signal S1. The first detection signal generating unit 11 thus generates the first detection signal S1 corresponding to the cosine of the rotating field angle θM.

Bei der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 sind die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R1 und R4 enthalten sind, in der zweiten Richtung (der Y-Richtung) magnetisiert, und die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R2 und R3 enthalten sind, sind in der zu der zweiten Richtung D2 entgegengesetzten Richtung magnetisiert. In diesem Fall variiert die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 der Wheatstone-Brückenschaltung 16 gemäß dem Sinus des Drehfeldwinkels θM. Der Differenzdetektor 17 gibt ein Signal, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 der Wheatstone-Brückenschaltung 16 entspricht, als das zweite Erfassungssignal S2 aus. Die zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 erzeugt daher das zweite Erfassungssignal S2 mit einer Entsprechung zu dem Sinus des Drehfeldwinkels θM.In the second detection signal generation unit 12 For example, the magnetization-fixed layers of the MR elements included in the magnetic detection elements R1 and R4 are magnetized in the second direction (the Y direction), and the magnetization-fixed layers of the MR elements included in the magnetic detection elements R2 and R3 are magnetized in the opposite direction to the second direction D2 direction. In this case, the potential difference between the output terminals E1 and E2 of the Wheatstone bridge circuit varies 16 according to the sine of the rotating field angle θM. The difference detector 17 outputs a signal corresponding to the potential difference between the output terminals E1 and E2 of the Wheatstone bridge circuit 16 as the second detection signal S2. The second detection signal generating unit 12 therefore generates the second detection signal S2 corresponding to the sine of the rotating field angle θM.

Angesichts der Herstellungstoleranzen der MR-Elemente und anderer Faktoren können die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung der Vielzahl von MR-Elementen in den Erfassungssignalerzeugungseinheiten 11 und 12 leicht von den oben genannten Richtungen abweichen.In view of the manufacturing tolerances of the MR elements and other factors, the magnetization directions of the magnetization-fixed layers of the plurality of MR elements in the detection signal generation units can be made 11 and 12 slightly different from the above directions.

Jedes der Magneterfassungselemente R1, R2, R3 und R4 in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 umfasst zumindest ein MR-Element, das eine freie Schicht enthält, die mit einer ersten magnetischen Anisotropie versehen ist. Die mit der ersten magnetischen Anisotropie versehene freie Schicht entspricht der ersten Magnetschicht. In der vorliegenden Ausführungsform sind insbesondere die freien Schichten aller der MR-Elemente, die in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 enthalten sind, mit der ersten magnetischen Anisotropie versehen.Each of the magnetic detection elements R1, R2, R3 and R4 in the first detection signal generation unit 11 includes at least one MR element including a free layer provided with a first magnetic anisotropy. The free layer provided with the first magnetic anisotropy corresponds to the first magnetic layer. In the present embodiment, in particular, the free layers of all of the MR elements included in the first detection signal generation unit 11 are included, provided with the first magnetic anisotropy.

Jedes der Magneterfassungselemente R1, R2, R3 und R4 in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 umfasst zumindest ein MR-Element, das eine freie Schicht enthält, die mit der zweiten magnetischen Anisotropie versehen ist. Die mit der zweiten magnetischen Anisotropie versehene freie Schicht entspricht der zweiten Magnetschicht. In der vorliegenden Ausführungsform sind insbesondere die freien Schichten aller MR-Elemente, die in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 enthalten sind, mit der zweiten magnetischen Anisotropie versehen.Each of the magnetic detection elements R1, R2, R3 and R4 in the second detection signal generation unit 12 includes at least one MR element including a free layer provided with the second magnetic anisotropy. The free layer provided with the second magnetic anisotropy corresponds to the second magnetic layer. In particular, in the present embodiment, the free layers of all MR elements included in the second detection signal generation unit 12 are included, provided with the second magnetic anisotropy.

Nun erfolgt eine Beschreibung der Unterschiede zwischen der Erfassungseinheit 10 des ersten Beispiels, dargestellt in 4, und der Erfassungseinheit 10 des zweiten Beispiels, dargestellt in 5. In 4 und 5 entspricht die Hauptachsenrichtung der Ellipsen, die die Magneterfassungselemente R1, R2, R3 und R4 in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 darstellen, der einfachen Achsenrichtung, die von der ersten magnetischen Anisotropie begründet wird. Die Hauptachsenrichtung der Ellipsen, die die Magneterfassungselemente R1, R2, R3, und R4 in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 darstellen, entspricht der einfachen Achsenrichtung, die von der zweiten magnetischen Anisotropie begründet wird. Now, a description will be given of the differences between the detection unit 10 of the first example, shown in 4 , and the detection unit 10 of the second example, shown in FIG 5 , In 4 and 5 That is, the major axis direction of the ellipses representing the magnetic detection elements R1, R2, R3, and R4 in the first detection signal generation unit 11 corresponds to the simple axis direction established by the first magnetic anisotropy. The major axis direction of the ellipses representing the magnetic detection elements R1, R2, R3, and R4 in the second detection signal generation unit 12 corresponds to the simple axis direction established by the second magnetic anisotropy.

In der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 der Erfassungseinheit 10, dargestellt in 4, ist die von der ersten magnetischen Anisotropie begründete einfache Achsenrichtung parallel zu der X-Richtung. In diesem Beispiel ist die von der ersten magnetischen Anisotropie begründete einfache Achsenrichtung parallel zu den Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R1, R2 R3 und R4 der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 enthalten sind. In der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 der Erfassungseinheit 10, die in 4 gezeigt ist, ist die einfache Achsenrichtung, die von der zweiten magnetischen Anisotropie begründet wird, parallel zu der Y-Richtung. In diesem Beispiel ist die einfache Achsenrichtung, die von der zweiten magnetischen Anisotropie begründet wird, parallel zu den Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R1, R2, R3 und R4 der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 enthalten sind.In the first detection signal generation unit 11 the registration unit 10 represented in 4 , the simple axial direction established by the first magnetic anisotropy is parallel to the X direction. In this example, the simple axis direction established by the first magnetic anisotropy is parallel to the magnetization directions of the magnetization-fixed layers of the MR elements included in the magnetic detection elements R1, R2, R3 and R4 of the first detection signal generation unit 11. In the second detection signal generation unit 12 of the detection unit 10 , in the 4 is shown, the simple axis direction established by the second magnetic anisotropy is parallel to the Y direction. In this example, the simple axis direction established by the second magnetic anisotropy is parallel to the magnetization directions of the magnetization-defining layers of the MR elements included in the magnetic detection elements R1, R2, R3 and R4 of the second detection signal generation unit 12.

In der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 der Erfassungseinheit 10, dargestellt in 5, ist die einfache Achsenrichtung, die durch die erste magnetische Anisotropie begründet wird, parallel zu der Y-Richtung. In diesem Beispiel ist die einfache Achsenrichtung, die durch die erste magnetische Anisotropie begründet wird, orthogonal zu den Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R1, R2, R3 und R4 der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 enthalten sind. In der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 der Erfassungseinheit 10, dargestellt in 5, ist die einfache Achsenrichtung, die durch die zweite magnetische Anisotropie begründet wird, parallel zu der X-Richtung. In diesem Beispiel ist die einfache Achsenrichtung, die durch die zweite magnetische Anisotropie begründet wird, orthogonal zu den Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R1, R2, R3 und R4 der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 enthalten sind.In the first detection signal generation unit 11 the registration unit 10 represented in 5 , the simple axis direction established by the first magnetic anisotropy is parallel to the Y direction. In this example, the simple axis direction established by the first magnetic anisotropy is orthogonal to the magnetization directions of the magnetization-fixed layers of the MR elements included in the magnetic detection elements R1, R2, R3, and R4 of the first detection signal generation unit 11. In the second detection signal generation unit 12 of the detection unit 10 represented in 5 , the simple axis direction established by the second magnetic anisotropy is parallel to the X direction. In this example, the simple axis direction established by the second magnetic anisotropy is orthogonal to the magnetization directions of the magnetization-fixed layers of the MR elements included in the magnetic detection elements R1, R2, R3 and R4 of the second detection signal generation unit 12.

In der vorliegenden Ausführungsform, wie oben erwähnt, sind sowohl die erste als auch die zweite magnetische Anisotropie z.B. magnetische Formanisotropien. In diesem Fall ermöglicht das Formen der MR-Elemente in eine Form, die in einer Richtung lang ist, beispielsweise eine elliptische Form, in einer Richtung senkrecht zu der Grenzfläche zwischen der freien Schicht und der nichtmagnetischen Schicht betrachtet, das Einstellen der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien derart, dass die Längsrichtung der MR-Elemente mit einer einfachen Achsenrichtung übereinstimmt.In the present embodiment, as mentioned above, both the first and the second magnetic anisotropy are e.g. magnetic shape anisotropies. In this case, shaping the MR elements into a shape that is long in one direction, for example, an elliptical shape, viewed in a direction perpendicular to the interface between the free layer and the nonmagnetic layer, enables the first and second magnetic fields to be adjusted Anisotropies such that the longitudinal direction of the MR elements coincides with a simple axis direction.

Angesichts der Fertigungstoleranzen der MR-Elemente und anderer Faktoren können die einfachen Achsenrichtungen, die von den ersten und zweiten magnetischen Anisotropien begründet werden, leicht von den oben genannten Richtungen abweichen.In view of the manufacturing tolerances of the MR elements and other factors, the simple axis directions established by the first and second magnetic anisotropies may be slightly different from the above directions.

In der vorliegenden Ausführungsform wird eines der ersten und zweiten Beispiele, dargestellt in 4 und 5, ausgewählt, und es werden die Beträge der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien gemäß den Fehlerkomponenten, die in jeder der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2 enthalten sind, bestimmt. Dies wird später ausführlich erläutert werden.In the present embodiment, one of the first and second examples shown in FIG 4 and 5 , are selected, and the amounts of the first and second magnetic anisotropies are determined according to the error components included in each of the first and second magnetic field components MF1 and MF2. This will be explained later in detail.

Eine beispielhafte Ausgestaltung der Magneterfassungselemente wird nun unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil eines Magneterfassungselements in dem Winkelsensor 2, der in 4 oder 5 dargestellt ist, zeigt. In diesem Beispiel umfasst das Magneterfassungselement eine Vielzahl von unteren Elektroden 162, eine Vielzahl von MR-Elementen 150 und eine Vielzahl von oberen Elektroden 163. Die Vielzahl der unteren Elektroden 162 ist auf einem Substrat (nicht dargestellt) angeordnet. Jede der unteren Elektroden 162 hat eine lange, schmale Form. Jeweils zwei der unteren Elektroden 162, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 162 nebeneinander liegen, haben zwischen sich einen Spalt. Wie in 6 dargestellt sind die MR-Elemente 150 auf den Oberseiten der unteren Elektroden 162 nahe gegenüberliegenden Enden in der Längsrichtung bereitgestellt. Jedes der MR-Elemente 150 umfasst eine freie Schicht 151, eine nichtmagnetische Schicht 152, eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung 153, und eine antiferromagnetische Schicht 154, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind, wobei die freie Schicht 151 der unteren Elektrode 162 am nächsten liegt. Die freie Schicht 151 ist mit der unteren Elektrode 162 elektrisch verbunden. Die antiferromagnetische Schicht 154 ist aus einem antiferromagnetischen Material gebildet. Die antiferromagnetische Schicht 154 ist in Austauschkopplung mit der Schicht mit festgelegter Magnetisierung 153, um die Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festgelegter Magnetisierung 153 festzulegen. Die Vielzahl von oberen Elektroden 163 ist über der Vielzahl von MR-Elementen 150 angeordnet. Jede der oberen Elektroden 163 hat eine lange, schmale Form und erzeugt eine elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen antiferromagnetischen Schichten 154 von zweit benachbarten MR-Elementen 150, die auf zwei unteren Elektroden 162 angeordnet sind, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 162 nebeneinander liegen. Mit dieser Ausgestaltung ist die Vielzahl von MR-Elementen 150 in dem Magneterfassungselement, das in 6 dargestellt ist, über die Vielzahl von unteren Elektroden 162 und der Vielzahl von oberen Elektroden 163 in Reihe geschaltet. Es wird angemerkt, dass die Schichten 151 bis 154 der MR-Elemente 150 in der umgekehrten Reihenfolge zu der in 6 gezeigten gestapelt werden können.An exemplary embodiment of the magnetic detection elements will now be described with reference to FIG 6 described. 6 FIG. 15 is a perspective view illustrating a part of a magnetic detection element in the angle sensor. FIG 2 who in 4 or 5 is shown, shows. In this example, the magnetic detection element includes a plurality of lower electrodes 162 , a variety of MR elements 150 and a plurality of upper electrodes 163 , The variety of lower electrodes 162 is disposed on a substrate (not shown). Each of the lower electrodes 162 has a long, narrow shape. Two each of the lower electrodes 162 in the longitudinal direction of the lower electrodes 162 lie next to each other, have a gap between them. As in 6 The MR elements 150 are shown on the upper sides of the lower electrodes 162 provided near opposite ends in the longitudinal direction. Each of the MR elements 150 comprises a free layer 151, a non-magnetic layer 152 , a layer with fixed magnetization 153 , and an antiferromagnetic layer 154 which are stacked in this order, with the free layer 151 the lower electrode 162 is closest. The free layer 151 is with the lower electrode 162 electrically connected. The antiferromagnetic layer 154 is from an antiferromagnetic Material formed. The antiferromagnetic layer 154 is in exchange coupling with the layer with fixed magnetization 153 to the magnetization direction of the magnetization-fixed layer 153 set. The variety of upper electrodes 163 is about the multitude of MR elements 150 arranged. Each of the upper electrodes 163 has a long, narrow shape and creates an electrical connection between the respective antiferromagnetic layers 154 of second adjacent MR elements 150 on two lower electrodes 162 arranged in the longitudinal direction of the lower electrodes 162 lie next to each other. With this configuration, the plurality of MR elements 150 in the magnetic detection element incorporated in 6 is shown about the plurality of lower electrodes 162 and the plurality of upper electrodes 163 connected in series. It is noted that the layers 151 to 154 the MR elements 150 in the reverse order to that in 6 shown can be stacked.

Bei dem in 6 dargestellten Beispiel, um die freie Schicht 151 mit der oben genannten magnetischen Formanisotropie zu versehen, ist jedes MR-Element 150, in der Richtung senkrecht zu der Grenzfläche zwischen der freien Schicht 151 und der nichtmagnetischen Schicht 152 betrachtet, derart geformt, dass es elliptisch ist.At the in 6 example shown, the free layer 151 to provide the above-mentioned magnetic shape anisotropy is every MR element 150 , in the direction perpendicular to the interface between the free layer 151 and the non-magnetic layer 152 considered shaped so that it is elliptical.

Es wird nun auf 7 Bezug genommen, um die Winkelerfassungseinheit 20 zu beschreiben. Die Winkelerfassungseinheit 20 erzeugt den Erfassungswinkelwert θs auf Grundlage der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2. Die Winkelerfassungseinheit 20 umfasst Analog/Digital-Wandler (nachfolgend „A/D-Wandler“) 21 und 22, eine Korrekturverarbeitungseinheit 23, und eine Winkelberechnungseinheit 24.It will be up now 7 Referenced to the angle detection unit 20 to describe. The angle detection unit 20 generates the detection angle value θs on the basis of the first and second detection signals S1 and S2. The angle detection unit 20 includes analog / digital converter (hereinafter "A / D converter") 21 and 22, a correction processing unit 23, and an angle calculation unit 24 ,

Der A/D Wandler 21 wandelt das erste Erfassungssignal S1 in ein Digitalsignal. Der A/D-Wandler 22 wandelt das zweite Erfassungssignal S2 in ein Digitalsignal. Die Korrekturverarbeitungseinheit 23 führt eine Korrekturverarbeitung an den Digitalsignalen durch, die durch die A/D-Wandler 21 und 22 aus den ersten und zweiten Erfassungssignalen S1 und S2 gewandelt wurden, um dadurch ein erstes Berechnungssignal Sa und ein zweites Berechnungssignal Sb zu erzeugen. Nachfolgend werden zur Verdeutlichung die Digitalsignale, die zur Verwendung in der Korrekturverarbeitung aus den ersten und zweiten Erfassungssignalen S1 und S2 umgewandelt wurden, einfach als die ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 bezeichnet.The A / D converter 21 converts the first detection signal S1 into a digital signal. The A / D converter 22 converts the second detection signal S2 into a digital signal. The correction processing unit 23 performs correction processing on the digital signals converted by the A / D converters 21 and 22 from the first and second detection signals S1 and S2 to thereby generate a first calculation signal Sa and a second calculation signal Sb. Hereinafter, for clarity, the digital signals converted from the first and second detection signals S1 and S2 for use in the correction processing will be simply referred to as the first and second detection signals S1 and S2.

Die Winkelberechnungseinheit 24 führt eine Winkelberechnung mithilfe der ersten und zweiten Berechnungssignale Sa und Sb durch, um den Erfassungswinkelwert θs zu berechnen. Die Korrekturverarbeitungseinheit 23 und die Winkelberechnungseinheit 24 können zum Beispiel durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) () oder einen Mikrocomputer verwirklicht sein.The angle calculation unit 24 performs an angle calculation using the first and second calculation signals Sa and Sb to calculate the detection angle value θs. The correction processing unit 23 and the angle calculation unit 24 may be implemented by, for example, an application specific integrated circuit (ASIC) () or a microcomputer.

Nun erfolgt eine Beschreibung der Korrekturverarbeitung, die durch die Korrekturverarbeitungseinheit 23 durchgeführt werden soll. Die Korrekturverarbeitung umfasst eine Umwandlungsberechnung, um die ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 in die ersten und zweiten Berechnungssignale Sa und Sb zur Verwendung in der Winkelberechnung umzuwandeln, um den Erfassungswinkelwert θs zu berechnen.Now, a description will be given of the correction processing to be performed by the correction processing unit 23. The correction processing includes a conversion calculation to convert the first and second detection signals S1 and S2 into the first and second calculation signals Sa and Sb for use in the angle calculation to calculate the detection angle value θs.

Bei der Umwandlungsberechnung werden zunächst die Signale S1a und S2a, die den Signalen S1 und S2 entsprechen, mittels Durchführung von Berechnungen unter Verwendung von Funktionen zur Korrektur von Offsets und Amplituden erzeugt. Konkret werden in der Korrekturverarbeitung die Signale S1a und S2a mithilfe der Funktionen erzeugt, die in den folgenden Gleichungen (1) bzw. (2) ausgedrückt werden: S 1 a = ( S 1 S 1 off ) / S 1 amp / CP 1

Figure DE102018103442A1_0001
S2a = ( S2 S2 off ) / S2 amp CP 1
Figure DE102018103442A1_0002
In the conversion calculation, first, the signals S1a and S2a corresponding to the signals S1 and S2 are generated by performing calculations using functions for correcting for offsets and amplitudes. Specifically, in the correction processing, the signals S1a and S2a are generated by the functions expressed in the following equations (1) and (2), respectively: S 1 a = ( S 1 - S 1 off ) / S 1 amp / CP 1
Figure DE102018103442A1_0001
S2a = ( S2 - S2 off ) / S2 amp CP 1
Figure DE102018103442A1_0002

In Gleichung (1) stellen S1off und S1amp den Offset bzw. die Amplitude des ersten Signals S1 dar. In Gleichung (2) stellen S2off und S2amp den Offset bzw. die Amplitude des Signals S2 dar. Der Offset S1off und die Amplitude S1amp werden aus der Wellenform für zumindest eine Periode des Signals S1 bestimmt. Der Offset S2off und die Amplitude S2amp werden aus der Wellenform für zumindest eine Periode des Signals S2 bestimmt. Die Wellenformen für zumindest eine Periode der Signale S1 und S2 können vor dem Versand oder der Verwendung des Winkelsensorsystems 1 erzeugt werden.In equation (1), S1 and S1 amp off the offset and the amplitude of the first signal S1. In equation (2) S2 and S2 off filters amp offset and the amplitude of the signal S2. The offset S1 off and the amplitude S1 amp are determined from the waveform for at least one period of the signal S1. The offset S2 off and the amplitude S2 amp are determined from the waveform for at least one period of the signal S2. The waveforms for at least one period of the signals S1 and S2 may be prior to shipment or use of the angle sensor system 1 be generated.

Jede der Gleichungen (1) und (2) enthält einen Korrekturparameter CP1. Der Korrekturparameter CP1 hat einen Wert von 1 oder nahe 1. Wenn der Korrekturparameter CP1 gleich 1 ist, stellen die Gleichungen (1) und (2) fundamentale Berechnungen zur Korrektur der Offsets und Amplituden der Signale S1 und S2 dar. Wenn der Korrekturparameter CP1 gleich 1 ist, erhalten die Signale S1a und S2a die gleiche Amplitude. Wenn der Korrekturparameter CP1 ungleich 1 ist, erhalten die Signale S1a und S2a nicht die gleiche Amplitude.Each of equations (1) and (2) includes a correction parameter CP1. The correction parameter CP1 has a value of 1 or near 1. When the correction parameter CP1 is 1, equations (1) and (2) represent fundamental calculations for correcting the offsets and amplitudes of the signals S1 and S2 1, the signals S1a and S2a are given the same amplitude. When the correction parameter CP1 is not equal to 1, the signals S1a and S2a are not given the same amplitude.

In der Umwandlungsberechnung werden dann mithilfe der in den Gleichungen (3) bzw. (4) ausgedrückten Funktionen ein erstes anfängliches Berechnungssignal Sap und ein zweiten anfängliches Berechnungssignal Sbp erzeugt. Sap = S 1 a S 2 a

Figure DE102018103442A1_0003
Sbp = S 1 a+S 2 a
Figure DE102018103442A1_0004
In the conversion calculation, then, using the functions expressed in equations (3) and (4), respectively, a first initial one is obtained Calculation signal Sap and a second initial calculation signal Sbp generated. Sap = S 1 a - S 2 a
Figure DE102018103442A1_0003
sbp = S 1 a + S 2 a
Figure DE102018103442A1_0004

Bei der Umwandlungsberechnung werden mithilfe der in den folgenden Gleichungen (5) bzw. (6) dargestellten Funktionen das erste Berechnungssignal Sa und das zweite Berechnungssignal Sb erzeugt. Sa = Sap/Sap amp / CP 2

Figure DE102018103442A1_0005
Sb = Sbp/Sbp amp CP 2
Figure DE102018103442A1_0006
In the conversion computation, using the equations (5) and 6 ) generates the first calculation signal Sa and the second calculation signal Sb. Sat. = Sap / Sap amp / CP 2
Figure DE102018103442A1_0005
sb = Sbp / sbp amp CP 2
Figure DE102018103442A1_0006

In Gleichung (5) stellt Sapamp die Amplitude des ersten initialen Berechnungssignals Sap dar. In Gleichung 6 stellt Sbpamp die Amplitude des zweiten initialen Berechnungssignals Sbp dar. Die Amplituden Sapamp und Sbpamp werden aus den Wellenformen für zumindest eine Periode der ersten und zweiten initialen Berechnungssignale Sap bzw. Sbp bestimmt. Die Wellenformen für zumindest eine Periode der ersten und zweiten initialen Berechnungssignale Sap und Sbp können vor dem Versand und der Verwendung des Winkelsensorsystems 1 erzeugt werden.In Equation (5), Sap amp represents the amplitude of the first initial calculation signal Sap. In Equation 6, Sbp amp represents the amplitude of the second initial calculation signal Sbp. The amplitudes Sap amp and Sbp amp are determined from the waveforms for at least one period of the first and second second initial calculation signals Sap or Sbp determined. The waveforms for at least one period of the first and second initial calculation signals Sap and Sbp may be generated before shipping and using the angle sensor system 1.

Jede der Gleichungen (5) und (6) enthält einen Korrekturparameter CP2. Der Korrekturparameter CP2 hat einen Wert von 1 oder nahe 1.Each of equations (5) and (6) includes a correction parameter CP2. The correction parameter CP2 has a value of 1 or close to 1.

Wenn beide Korrekturparameter CP1 und CP2 1 sind, stellen die Gleichungen (1) bis (6) fundamentale Berechnungen dar, um die Phasendifferenz zwischen den ersten und zweiten Berechnungssignalen Sa und Sb 90° werden zu lassen, und die Amplituden der ersten und zweiten Berechnungssignale Sa und Sb gleich werden zu lassen. Wenn der Korrekturparameter CP1 ungleich 1 ist, wird die Phasendifferenz zwischen den ersten und zweiten Berechnungssignalen Sa und Sb nahe 90°, wenn auch nicht exakt 90°. Wenn der Korrekturparameter CP2 ungleich 1 ist, erhalten die ersten und zweiten Berechnungssignale Sa und Sb nicht die gleiche Amplitude. Ein Verfahren zur Bestimmung der Korrekturparameter CP1 und CP2 wird später ausführlich beschrieben.When both the correction parameters CP1 and CP2 are 1, the equations (1) to (6) represent fundamental calculations for making the phase difference between the first and second calculation signals Sa and Sb 90 °, and the amplitudes of the first and second calculation signals Sa and Sb to be the same. When the correction parameter CP1 is other than 1, the phase difference between the first and second calculation signals Sa and Sb becomes close to 90 °, though not exactly 90 °. When the correction parameter CP2 is other than 1, the first and second calculation signals Sa and Sb do not receive the same amplitude. A method of determining the correction parameters CP1 and CP2 will be described later in detail.

Nun wird die Winkelberechnung beschrieben, die durch die Winkelberechnungseinheit 24 durchzuführen ist. Bei der Winkelberechnung wird der Erfassungswinkelwert θs mithilfe der ersten und zweiten Berechnungssignale Sa und Sb aus der folgenden Gleichung (7) berechnet. In Gleichung (7) stellt „atan“ die Arkustangens-Funktion dar. θ s = atan ( Sb/Sa ) α

Figure DE102018103442A1_0007
Now, the angle calculation to be performed by the angle calculation unit 24 will be described. In the angle calculation, the detection angle value θs is calculated by using the first and second calculation signals Sa and Sb from the following equation (7). In equation (7), "atan" represents the arctangent function. θ s = atan ( Sb / Sa ) - α
Figure DE102018103442A1_0007

In Gleichung (7) stellt α die Phasendifferenz zwischen dem Erfassungswinkelwert θs und dem Winkel dar, der durch die Berechnung von atan(Sb/Sa) bestimmt wird.In Equation (7), α represents the phase difference between the detection angle value θs and the angle determined by the calculation of atan (Sb / Sa).

Falls θs innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° liegt, führt Gleichung (7) auf zwei Lösungen, die sich im Wert um 180° voneinander unterscheiden. Welche der beiden Lösungen für θs in Gleichung (7) der wahre Wert von θs ist, kann aus der Kombination von positiven und negativen Vorzeichen von Sa und Sb geschlossen werden. Die Winkelberechnungseinheit 24 bestimmt θs innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° mithilfe von Gleichung (7) und der vorgenannten Bestimmung aus der Kombination von positiven und negativen Vorzeichen von Sa und Sb.If θs is within the range of 0 ° to less than 360 °, equation (7) results in two solutions that differ in value by 180 ° from each other. Which of the two solutions for θs in equation (7) is the true value of θs can be deduced from the combination of positive and negative signs of Sa and Sb. The angle calculation unit 24 determines θs within the range of 0 ° to less than 360 ° by using Equation (7) and the aforementioned determination from the combination of positive and negative signs of Sa and Sb.

Nun werden die Funktion und die Wirkungen des Winkelsensorsystems 1 gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform umfassen Winkelfehler, die in dem Erfassungswinkelwert θs auftreten, einen Fehler im Zusammenhang mit dem Drehmagnetfeld MF und einen Fehler im Zusammenhang mit dem Winkelsensor 2. In der vorliegenden Ausführungsform resultiert der Winkelfehler in Zusammenhang mit dem Winkelsensor 2 hauptsächlich aus den ersten und zweiten magnetischen Anisotropien. Es wird angemerkt, dass der Winkelfehler dem Erfassungswinkelwert θs minus dem Zielwinkel θ entspricht.Now the function and effects of the angle sensor system become 1 described according to the present invention. In the present embodiment, angle errors occurring in the detection angle value θs include an error associated with the rotating magnetic field MF and an error related to the angle sensor 2 , In the present embodiment, the angular error associated with the angle sensor 2 mainly results from the first and second magnetic anisotropies. It is noted that the angle error corresponds to the detection angle value θs minus the target angle θ.

Zunächst wird eine Beschreibung des Winkelfehlers in Zusammenhang mit nur dem Drehmagnetfeld MF angegeben. Wenn der Zielwinkel θ mit einer vorgegebenen Periode variiert, enthält jede der ersten und zweiten Magnetfeldkomponente MF1 und MF2 des Drehmagnetfelds MF eine Idealmagnetfeldkomponente, eine Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen und eine Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen. Die Idealmagnetfeldkomponente variiert periodisch derart, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve abbildet. Die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen ist eine Fehlerkomponente, die der dritten Harmonischen der Idealmagnetfeldkomponente entspricht. Die Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen ist eine Fehlerkomponente, die der fünften Harmonischen der Idealmagnetfeldkomponente entspricht. Die Idealmagnetfeldkomponente, die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen und die Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen der ersten Magnetfeldkomponente MF1 werden nachfolgend mit MF10, MF1a bzw. MF1b bezeichnet. Die Idealmagnetfeldkomponente, die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen und die Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen der zweiten Magnetfeldkomponente MF2 werden durch MF20, MF2a bzw. MF2b dargestellt.First, a description will be given of the angle error associated with only the rotary magnetic field MF. When the target angle θ varies with a predetermined period, each of the first and second magnetic field components MF1 and MF2 of the rotary magnetic field MF includes an ideal magnetic field component, a third harmonic magnetic field component, and a fifth harmonic magnetic field component. The ideal magnetic field component varies periodically such that it maps an ideal sinusoidal curve. The third harmonic magnetic field component is an error component corresponding to the third harmonic of the ideal magnetic field component. The fifth harmonic magnetic field component is an error component corresponding to the fifth harmonic of the ideal magnetic field component. The ideal magnetic field component, the third harmonic magnetic field component and the fifth harmonic magnetic field component of the first magnetic field component MF1 are hereinafter referred to as MF10, MF1a and MF1b, respectively. The ideal magnetic field component, the third harmonic magnetic field component, and the fifth harmonic magnetic field component of the second Magnetic field component MF2 are represented by MF20, MF2a and MF2b, respectively.

Die Magnetfeldkomponenten der dritten Harmonischen MF1a und MF2a der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2 bewirken einen Winkelfehler Ea in dem Erfassungswinkelwert θs, wobei der Winkelfehler Ea mit ½ der vorgegebenen Periode variiert. Die Magnetfeldkomponenten der fünften Harmonischen MF1b und MF2b der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2 verursachen einen Winkelfehler Eb in dem Erfassungswinkelwert θs, wobei der Winkelfehler Eb mit ¼ der vorgegebenen Periode variiert.The third harmonic magnetic field components MF1a and MF2a of the first and second magnetic field components MF1 and MF2 cause an angle error Ea in the detection angle value θs, and the angular error Ea varies with ½ the predetermined period. The fifth harmonic magnetic field components MF1b and MF2b of the first and second magnetic field components MF1 and MF2 cause an angle error Eb in the detection angle value θs, and the angular error Eb varies with ¼ of the predetermined period.

In der vorliegenden Ausführungsform enthält jede der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF 1 und MF2 die Magnetfeldkomponenten der dritten und fünften Harmonischen. Im Ergebnis werden der Winkelfehler Ea und der Winkelfehler Eb in einem Winkelfehler Eab in dem Erfassungswinkelwert θs kombiniert.In the present embodiment, each of the first and second magnetic field components includes MF 1 and MF2 the magnetic field components of the third and fifth harmonics. As a result, the angle error Ea and the angle error Eb are combined in an angle error Eab in the detection angle value θs.

8 veranschaulicht ein Beispiel von Wellenformen der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2. In 8 stellt die horizontale Achse den Zielwinkel θ dar, und die vertikale Achse stellt die ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2 dar. Die vertikale Achse aus 8 ist in beliebigen Einheiten, wobei der Maximalwert der Idealmagnetfeldkomponenten MF 10 und MF20 der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2 1 beträgt. In 8 stellt die Kurve MF 1 die Wellenform der ersten Magnetfeldkomponente MF 1 dar, und die Kurve MF2 stellt die Wellenform der zweiten Magnetfeldkomponente MF2 dar. Die Kurve MF10 stellt die Wellenform der Idealmagnetfeldkomponente der ersten Magnetfeldkomponente MF 1 dar, und die Kurve MF20 stellt die Wellenform der Idealmagnetfeldkomponente der zweiten Magnetfeldkomponente MF2 dar. 8th Fig. 12 illustrates an example of waveforms of the first and second magnetic field components MF1 and MF2. In 8th For example, the horizontal axis represents the target angle θ, and the vertical axis represents the first and second magnetic field components MF1 and MF2. The vertical axis is off 8th is in arbitrary units, where the maximum value of the ideal magnetic field components MF 10 and MF20 of the first and second magnetic field components MF1 and MF2 is 1. In 8th represents the curve MF 1 the waveform of the first magnetic field component MF 1 and the curve MF2 represents the waveform of the second magnetic field component MF2. The curve MF10 represents the waveform of the ideal magnetic field component of the first magnetic field component MF 1 and the curve MF20 represents the waveform of the ideal magnetic field component of the second magnetic field component MF2.

9 veranschaulicht die Wellenform des Winkelfehlers Eab, der aus den ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2 resultiert, die in 8 dargestellt sind. In 9 stellt die horizontale Achse den Zielwinkel θ dar, und die vertikale Achse stellt den Winkelfehler Eab dar. 9 FIG. 12 illustrates the waveform of the angle error Eab resulting from the first and second magnetic field components MF1 and MF2, which are shown in FIG 8th are shown. In 9 the horizontal axis represents the target angle θ, and the vertical axis represents the angle error Eab.

10 veranschaulicht die Wellenformen der Magnetfeldkomponenten der dritten Harmonischen MF1a und MF2a der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2, die in 8 dargestellt sind. In 10 stellt die horizontale Achse den Zielwinkel θ dar, und die vertikale Achse stellt die Magnetfeldkomponenten der dritten Harmonischen MF1a und MF2a dar. Die vertikale Achse aus 10 ist in beliebigen Einheiten, wobei der Maximalwert der Idealmagnetfeldkomponenten MF10 und MF20 der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2 1 ist. In 10 stellt die Kurve MF1a die Wellenform der Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen MF1a dar, und die Kurve MF2a stellt die Wellenform der Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen MF2a dar. 10 FIG. 13 illustrates the waveforms of the third harmonic magnetic field components MF1a and MF2a of the first and second magnetic field components MF1 and MF2 shown in FIG 8th are shown. In 10 For example, the horizontal axis represents the target angle θ, and the vertical axis represents the third harmonic magnetic field components MF1a and MF2a. The vertical axis is off 10 is in arbitrary units, with the maximum value of the ideal magnetic field components MF10 and MF20 of the first and second magnetic field components MF1 and MF2 being 1. In 10 For example, the curve MF1a represents the waveform of the third harmonic magnetic field component MF1a, and the curve MF2a represents the third harmonic wave magnetic field component MF2a.

11 veranschaulicht den Winkelfehler Ea, der nur aus den Magnetfeldkomponenten der dritten Harmonischen MF1a und MF2a der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2, dargestellt in 10, resultiert. In 11 stellt die horizontale Achse den Zielwinkel θ dar, und die vertikale Achse stellt den Winkelfehler Ea dar. 11 FIG. 12 illustrates the angle error Ea, which is composed only of the third harmonic magnetic field components MF1a and MF2a of the first and second magnetic field components MF1 and MF2 shown in FIG 10 , results. In 11 The horizontal axis represents the target angle θ, and the vertical axis represents the angle error Ea.

12 veranschaulicht die Wellenformen der Magnetfeldkomponenten der fünften Harmonischen MF1b und MF2b der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2, die in 8 dargestellt sind. In 12 stellt die horizontale Achse den Zielwinkel θ dar, und die vertikale Achse stellt die Magnetfeldkomponenten der fünften Harmonischen MF1b und MF2b dar. Die vertikale Achse aus 12 ist in beliebigen Einheiten, wobei der Maximalwert der Idealmagnetfeldkomponenten MF10 und MF20 der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2 1 ist. In 12 stellt die Kurve MF1b die Wellenform der Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen MF1b dar, und die Kurve MF2b stellt die Wellenform der Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen MF2b dar. 12 FIG. 14 illustrates the waveforms of the fifth harmonic magnetic field components MF1b and MF2b of the first and second magnetic field components MF1 and MF2 shown in FIG 8th are shown. In 12 For example, the horizontal axis represents the target angle θ, and the vertical axis represents the fifth harmonic magnetic field components MF1b and MF2b. The vertical axis is off 12 is in arbitrary units, with the maximum value of the ideal magnetic field components MF10 and MF20 of the first and second magnetic field components MF1 and MF2 being 1. In 12 The curve MF1b represents the waveform of the fifth harmonic magnetic field component MF1b, and the curve MF2b represents the fifth harmonic magnetic field component MF2b waveform.

13 veranschaulicht die Wellenform des Winkelfehlers Eb, der nur aus den Magnetfeldkomponenten der fünften Harmonischen MF1b und MF2b der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF 1 und MF2 resultiert, die in 12 dargestellt sind. In 13 stellt die horizontale Achse den Zielwinkel θ dar, und die vertikale Achse stellt den Winkelfehler Eb dar. 13 FIG. 12 illustrates the waveform of the angular error Eb formed only of the fifth harmonic magnetic field components MF1b and MF2b of the first and second magnetic field components MF 1 and MF2 results in 12 are shown. In 13 The horizontal axis represents the target angle θ, and the vertical axis represents the angle error Eb.

Die Wellenform der Idealmagnetfeldkomponente MF10 der ersten Magnetfeldkomponente MF1, die in 8 dargestellt ist, kann durch cosθ dargestellt werden, und die Wellenform der Idealmagnetfeldkomponente MF20 der zweiten Magnetfeldkomponente MF2, die in 8 dargestellt ist, kann durch sinθ dargestellt werden.The waveform of the ideal magnetic field component MF10 of the first magnetic field component MF1 shown in FIG 8th can be represented by cosθ, and the waveform of the ideal magnetic field component MF20 of the second magnetic field component MF2 shown in FIG 8th can be represented by sinθ.

Die Wellenform der Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen MF1a der ersten Magnetfeldkomponente MF1, die in 10 gezeigt ist, kann durch A1 • cos3θ dargestellt werden, und die Wellenform der Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen MF2a der zweiten Magnetfeldkomponente MF2, die in 10 gezeigt ist, kann durch A1 • sin3θ dargestellt werden. Hierbei ist A1 eine reale Zahl. In dem in 10 gezeigten Beispiel ist A1 ein positiver Wert.The waveform of the third harmonic magnetic field component MF1a of the first magnetic field component MF1 shown in FIG 10 can be represented by A 1 • cos 3θ, and the waveform of the third harmonic magnetic field component MF 2 a of the second magnetic field component MF 2 shown in FIG 10 can be represented by A 1 • sin 3θ. Where A 1 is a real number. In the in 10 As shown, A 1 is a positive value.

Die Wellenform der Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen MF1b der ersten Magnetfeldkomponente MF1, die in 12 dargestellt ist, kann durch B1 • cos5θ dargestellt werden, und die Wellenform der Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen MF2b der zweiten Magnetfeldkomponente MF2, die in 12 dargestellt ist, kann durch B1 • sin5θ dargestellt werden. Hierbei ist B1 eine reale Zahl. In dem in 12 gezeigten Beispiel ist B1 ein positiver Wert. The waveform of the fifth harmonic magnetic field component MF1b of the first magnetic field component MF1 shown in FIG 12 can be represented by B 1 • cos5θ, and the waveform of the fifth harmonic magnetic field component MF2b of the second magnetic field component MF2 shown in FIG 12 can be represented by B 1 • sin5θ. Here, B 1 is a real number. In the in 12 As shown, B 1 is a positive value.

Angenommen, dass der Winkelfehler Eab der einzige Winkelfehler ist, der in dem Erfassungswinkelwert θs auftritt, dann können die ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 durch die folgenden Gleichungen (8) bzw. (9) dargestellt werden. S 1 = cos θ + A 1 cos 3 θ + B 1 cos 5 θ

Figure DE102018103442A1_0008
S2 = sin θ + A 1 sin 3 θ + B 1 sin 5 θ
Figure DE102018103442A1_0009
Assuming that the angle error Eab is the only angle error occurring in the detection angle value θs, the first and second detection signals S1 and S2 can be represented by the following equations (8) and (9), respectively. S 1 = cos θ + A 1 cos 3 θ + B 1 cos 5 θ
Figure DE102018103442A1_0008
S2 = sin θ + A 1 sin 3 θ + B 1 sin 5 θ
Figure DE102018103442A1_0009

Als nächstes erfolgt eine Beschreibung eines Winkelfehlers, der in dem Erfassungswinkelwert θs aufgrund der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien auftritt. Zunächst sei angenommen, dass die ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2 nur aus den Idealmagnetfeldkomponenten MF 10 bzw. MF20 bestehen, wenn der Zielwinkel θ mit einer vorgegebenen Periode variiert. In einen solchen Fall enthält jedes der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 eine Idealsignalkomponente und eine Signalkomponente der dritten Harmonischen. Die Idealsignalkomponente variiert periodisch derart, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve abbildet. Die Signalkomponente der dritten Harmonischen ist eine Fehlerkomponente, die der dritten Harmonischen der Idealsignalkomponente entspricht. Die Idealsignalkomponenten der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 werden durch S10 bzw. S20 dargestellt. Die Signalkomponenten der dritten Harmonischen der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 resultieren aus den ersten bzw. zweiten magnetischen Anisotropien. Die Signalkomponenten der dritten Harmonischen der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 verursachen einen Winkelfehler Ec in dem Erfassungswinkelwert θs, wobei der Winkelfehler Ec mit ¼ der vorgegebenen Periode variiert.Next, a description will be given of an angle error occurring in the detection angle value θs due to the first and second magnetic anisotropies. First, let it be assumed that the first and second magnetic field components MF1 and MF2 are composed only of the ideal magnetic field components MF 10 and MF20, respectively, when the target angle θ varies with a predetermined period. In such a case, each of the first and second detection signals S1 and S2 includes an ideal signal component and a third harmonic signal component. The ideal signal component varies periodically such that it maps an ideal sinusoidal curve. The signal component of the third harmonic is an error component corresponding to the third harmonic of the ideal signal component. The ideal signal components of the first and second detection signals S1 and S2 are represented by S10 and S20, respectively. The third harmonic signal components of the first and second detection signals S1 and S2 result from the first and second magnetic anisotropies, respectively. The third harmonic signal components of the first and second detection signals S1 and S2 cause an angle error Ec in the detection angle value θs, and the angle error Ec varies with ¼ of the predetermined period.

14 veranschaulicht ein Beispiel von Wellenformen der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2, die basierend auf der Annahme erhalten werden, dass die ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF 1 und MF2 lediglich aus den Ideal-Magnetfeldkomponenten MF 10 bzw. MF20 bestehen. In 14 stellt die horizontale Achse den Zielwinkel θ dar, und die vertikale Achse stellt die ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 dar. In 14 stellt die Kurve S1 die Wellenform des ersten Erfassungssignals S1 dar, und die Kurve S2 stellt die Wellenform des zweiten Erfassungssignals S2 dar. Die Kurve S10 stellt die Wellenform der Idealsignalkomponente S10 des ersten Erfassungssignals S1 dar, und die Kurve S20 stellt die Wellenform der Idealsignalkomponente S20 des zweiten Erfassungssignals S2 dar. 14 FIG. 12 illustrates an example of waveforms of the first and second detection signals S1 and S2 obtained based on the assumption that the first and second magnetic field components MF 1 and MF2 only from the ideal magnetic field components MF 10 or MF20. In 14 the horizontal axis represents the target angle θ, and the vertical axis represents the first and second detection signals S1 and S2 14 the curve S1 represents the waveform of the first detection signal S1, and the curve S2 represents the waveform of the second detection signal S2. The curve S10 represents the waveform of the ideal signal component S10 of the first detection signal S1, and the curve S20 represents the waveform of the ideal signal component S20 of the second detection signal S2.

15 veranschaulicht die Wellenform des Winkelfehlers Ec, der lediglich aus den Signalkomponenten der dritten Harmonischen der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 resultiert, die in 14 dargestellt sind. In 15 stellt die horizontale Achse den Zielwinkel θ dar, und die vertikale Achse stellt den Winkelfehler Ec dar. 15 FIG. 12 illustrates the waveform of the angle error Ec resulting only from the third harmonic signal components of the first and second detection signals S1 and S2, which are shown in FIG 14 are shown. In 15 For example, the horizontal axis represents the target angle θ, and the vertical axis represents the angle error Ec.

Die Wellenform der Idealsignalkomponente S10 des ersten Erfassungssignals S1, dargestellt in 14, kann durch cosθ dargestellt werden, und die Wellenform der Idealsignalkomponente S20 des zweiten Erfassungssignals S20, gezeigt in 14, kann durch sinθ dargestellt werden. Die Signalkomponente der dritten Harmonischen des ersten Erfassungssignals S1, das in 14 gezeigt ist, kann durch C1 • cos3θ dargestellt werden, und die Signalkomponente der dritten Harmonischen des zweiten Erfassungssignals S2, gezeigt in 14, kann durch -C1 • sin3θ dargestellt werden. Hierbei ist C1 eine reale Zahl. In dem in 14 dargestellten Beispiel ist C1 ein positiver Wert.The waveform of the ideal signal component S10 of the first detection signal S1 shown in FIG 14 , can be represented by cosθ, and the waveform of the ideal signal component S20 of the second detection signal S20 shown in FIG 14 , can be represented by sinθ. The signal component of the third harmonic of the first detection signal S1, which in 14 can be represented by C 1 • cos 3θ, and the third harmonic signal component of the second detection signal S 2 shown in FIG 14 , can be represented by -C 1 • sin 3θ. Here, C 1 is a real number. In the in 14 As shown, C 1 is a positive value.

Angenommen, dass der Winkelfehler Ec der einzige Winkelfehler ist, der in dem Erfassungswinkelwert θs auftritt, dann können die ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 durch die folgenden Gleichungen (10) bzw. (11) dargestellt werden. S 1 = cos θ + C 1 cos 3 θ

Figure DE102018103442A1_0010
S2 = sin θ− C 1 sin 3 θ
Figure DE102018103442A1_0011
Assuming that the angular error Ec is the only angular error occurring in the detection angle value θs, the first and second detection signals S1 and S2 can be represented by the following equations (10) and (11), respectively. S 1 = cos θ + C 1 cos 3 θ
Figure DE102018103442A1_0010
S2 = sin θ- C 1 sin 3 θ
Figure DE102018103442A1_0011

Wie in 13 dargestellt variiert der Winkelfehler Eb, der lediglich aus der Magnetfeldkomponenten der fünften Harmonischen MF1b und MF2b der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF 1 und MF2 resultiert, mit ¼ der vorgegebenen Periode. Wie in 15 dargestellt variiert der Winkelfehler Ec, der lediglich aus den Signalkomponenten der dritten Harmonischen der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 resultiert, ebenfalls mit ¼ der vorgegebenen Periode. Wenn C1 und B1 das gleiche positive oder negative Vorzeichen haben, haben der Winkelfehler Eb und der Winkelfehler Ec eine Phasendifferenz von 45°. Insbesondere wenn C1 und B1 gleich sind, haben der Winkelfehler Eb und der Winkelfehler Ec eine Phasendifferenz von 45° und haben die gleiche Amplitude. Wenn der Winkelfehler Eb und der Winkelfehler Ec eine solche Beziehung haben, kann ein Winkelfehler, der mit ¼ der vorgegebenen Periode variiert, in dem Erfassungswinkelwert θs theoretisch vollständig auf 0 verringert werden.As in 13 2, the angle error Eb, which is composed only of the fifth harmonic magnetic field components MF1b and MF2b of the first and second magnetic field components MF, varies 1 and MF2 results with ¼ of the given period. As in 15 As shown, the angle error Ec resulting only from the signal components of the third harmonic of the first and second detection signals S1 and S2 also varies with ¼ of the predetermined period. If C 1 and B 1 have the same positive or negative sign, the angular error Eb and the angular error Ec have a phase difference of 45 °. In particular, when C 1 and B 1 are equal, the angular error Eb and the angular error Ec have a phase difference of 45 ° and have the same amplitude. If the angular error Eb and the angular error Ec have such a relationship, an angle error can be calculated with ¼ of the given Period varies in which the detection angle value θs are theoretically completely reduced to zero.

Das positive oder negative Vorzeichen von C1 kann verändert werden, indem die einfachen Achsenrichtungen, die durch die ersten und zweiten magnetischen Anisotropien begründet werden, geändert werden. Zum Beispiel macht die in 4 dargestellte Ausgestaltung C1 zu einem negativen Wert, und die in 5 dargestellte Ausgestaltung macht C1 zu einem positiven Wert. Der Betrag von C1 kann durch Änderung der Größen der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien verändert werden.The positive or negative sign of C 1 can be changed by changing the simple axis directions established by the first and second magnetic anisotropies. For example, the in 4 illustrated embodiment C 1 to a negative value, and the in 5 illustrated embodiment makes C 1 to a positive value. The amount of C 1 can be changed by changing the magnitudes of the first and second magnetic anisotropies.

Die vorliegende Ausführungsform nutzt die oben beschriebene Eigenschaft zur Verringerung des Winkelfehlers Eb, der aus den Magnetfeldkomponenten der fünften Harmonischen MF1 und MF2 resultiert, mittels der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien wie folgt aus. Konkret werden in der vorliegenden Ausführungsform die ersten und zweiten magnetischen Anisotropien derart eingestellt, dass sie es dem Erfassungswinkelwert θs ermöglichen, einen verringerten Winkelfehler zu enthalten, der mit ¼ der vorgegebenen Periode variiert, verglichen mit sowohl dem Winkelfehler Eb als auch dem Winkelfehler Ec.The present embodiment utilizes the above-described property for reducing the angular error Eb resulting from the fifth harmonic magnetic field components MF1 and MF2 by means of the first and second magnetic anisotropies as follows. Specifically, in the present embodiment, the first and second magnetic anisotropies are set so as to allow the detection angle value θs to contain a reduced angle error that varies with ¼ of the predetermined period compared to both the angle error Eb and the angle error Ec.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können, wenn alle der Magnetfeldkomponenten der dritten und fünften Harmonischen MF1a, MF2a, MF1b, und MF2b der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF 1 und MF2 und die Signalkomponenten der dritten Harmonischen der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 berücksichtigt werden, die ersten und zweiten Erfassungssignale durch die folgenden Gleichungen (12) bzw. (13) dargestellt werden. S 1 = cos θ + A 1 cos 3 θ+ Β 1 cos 5 θ + C 1 cos 3 θ

Figure DE102018103442A1_0012
S2 = sin θ + A 1 sin 3 θ+ Β 1 sin 5 θ− C 1 sin 3 θ
Figure DE102018103442A1_0013
According to the present embodiment, when all of the third and fifth harmonic magnetic field components MF1a, MF2a, MF1b, and MF2b of the first and second magnetic field components MF 1 and MF2 and the third harmonic signal components of the first and second detection signals S1 and S2 are considered, the first and second detection signals are represented by the following equations (12) and (13), respectively. S 1 = cos θ + A 1 cos 3 θ + Β 1 cos 5 θ + C 1 cos 3 θ
Figure DE102018103442A1_0012
S2 = sin θ + A 1 sin 3 θ + Β 1 sin 5 θ- C 1 sin 3 θ
Figure DE102018103442A1_0013

Hierbei soll ein Fall berücksichtigt werden, bei dem der Erfassungswinkelwert θs mittels Durchführung einer Winkelberechnung berechnet wird, die durch die folgende Gleichung (14) definiert ist, unter Verwendung der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2, die durch Gleichungen (12) und (13) gegeben sind. θ = atan ( S 2 / S 1 )

Figure DE102018103442A1_0014
Here, consider a case where the detection angle value θs is calculated by performing an angle calculation defined by the following equation (14), using the first and second detection signals S1 and S2 represented by equations (12) and (13 ) given are. θ = atan ( S 2 / S 1 )
Figure DE102018103442A1_0014

Ein Winkelfehler, der in dem Erfassungswinkelwert θs auftritt, wird in diesem Fall durch das Bezugszeichen Eabc dargestellt. 16 veranschaulicht eine beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers Eabc. In 16 stellt die horizontale Achse den Zielwinkel θ dar, und die vertikale Achse stellt den Winkelfehler Eabc dar. In diesem Fall gilt C1= B1.An angle error occurring in the detection angle value θs is represented by the reference Eabc in this case. 16 illustrates an exemplary waveform of the angle error Eabc. In 16 For example, the horizontal axis represents the target angle θ, and the vertical axis represents the angle error Eabc. In this case, C 1 = B 1 .

Bei dem in 16 dargestellten Winkelfehler Eabc ist die Winkelfehlerkomponente, die mit ¼ der vorgegebenen Periode variiert, kleiner als sowohl der in 13 gezeigte Winkelfehler Eb als auch der in 15 gezeigte Winkelfehler Ec. Dies zeigt, dass die vorliegende Ausführungsform die Verringerung des Winkelfehlers Eb, der aus den Magnetfeldkomponenten der fünften Harmonischen MF 1b und MF2b der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF 1 und MF2 resultiert, mittels der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien ermöglicht.At the in 16 Angular error Eabc is the angular error component that varies with ¼ of the given period, smaller than both the in 13 shown angle error Eb as well as the in 15 Angle error Ec shown. This shows that the present embodiment, the reduction of the angular error Eb, which consists of the magnetic field components of the fifth harmonic MF 1b and MF2b of the first and second magnetic field components MF 1 and MF2 results by means of the first and second magnetic anisotropies.

Nun werden ein beispielhaftes Verfahren zur Bestimmung von C1 und der einfachen Achsenrichtungen und der Größen der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien beschrieben. Zunächst wird die Wellenform des Winkelfehlers Eb durch B1 bestimmt. B1 ist daher aus der Wellenform des Winkelfehlers Eb erhaltbar.Now, an exemplary method for determining C 1 and the simple axis directions and sizes of the first and second magnetic anisotropies will be described. First, the waveform of the angle error Eb is determined by B 1 . B 1 is therefore obtainable from the waveform of the angular error Eb.

Damit der Erfassungswinkelwert θs einen verringerten Winkelfehler enthält, der mit ¼ der vorgegebenen Periode variiert, verglichen mit sowohl dem Winkelfehler Eb als auch dem Winkelfehler Ec, wird C1 so bestimmt, dass es das gleiche positive oder negative Vorzeichen wie B1 hat und dass es den Betrag von (B1 - C1) kleiner als den Betrag von B1 macht. Je kleiner der Betrag von (B1 - C1) ist, umso bevorzugter ist er. Der Betrag von (B1 - C1) ist bevorzugt kleiner oder gleich 1/2 des Betrags von B1.In order for the detection angle value θs to contain a reduced angle error that varies with ¼ of the predetermined period compared to both the angle error Eb and the angle error Ec, C 1 is determined to have the same positive or negative sign as B 1 and to be makes the amount of (B 1 -C 1 ) smaller than the amount of B 1 . The smaller the amount of (B 1 -C 1 ), the more preferable it is. The amount of (B 1 -C 1 ) is preferably less than or equal to 1/2 of the amount of B 1 .

Wie zuvor erwähnt kann das positive oder negative Vorzeichen von C1 durch Änderung der einfachen Achsenrichtung erfolgen, die durch die ersten und zweiten magnetischen Anisotropien begründet werden. Der Betrag von C1 hat eine Beziehung zu den Beträgen der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien. Durch Erhalt, vorab, der Beziehungen zwischen C1 und den einfachen Achsenrichtungen und den Größen der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien, ist es möglich, die einfachen Achsenrichtungen und die Größen der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien auf der Grundlage der erhaltenen Beziehungen zu bestimmen, um einen erwünschten Wert von C1 zu erhalten.As previously mentioned, the positive or negative sign of C 1 can be made by changing the simple axis direction established by the first and second magnetic anisotropies. The amount of C 1 has a relation to the amounts of the first and second magnetic anisotropies. By obtaining, in advance, the relationships between C 1 and the simple axis directions and the magnitudes of the first and second magnetic anisotropies, it is possible to determine the simple axis directions and magnitudes of the first and second magnetic anisotropies based on the obtained relationships to obtain a desired value of C 1 .

Wenn die ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2 die Magnetfeldkomponenten der dritten Harmonischen MF1a bzw. MF2a enthalten, resultiert das Berechnen des Erfassungswinkelwerts θs mittels Durchführung einer Winkelberechnung mithilfe der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 in dem Auftreten des Winkelfehlers Eabc in dem Erfassungswinkelwert θs. Wie in 16 dargestellt enthält der Winkelfehler Eabc einen Winkelfehler, der mit ½ der vorgegebenen Periode variiert. Die Winkelfehlerkomponente, die mit ½ der vorgegebenen Periode variiert, entspricht dem Fehler, den die Magnetfeldkomponenten der dritten Harmonischen MF1a und MF2a in dem Erfassungswinkelwert θs verursachen. Diese Winkelfehlerkomponente wird nachfolgend als „magnetfeldbezogener Winkelfehler zweiter Ordnung“ bezeichnet.When the first and second magnetic field components MF1 and MF2 include the third harmonic magnetic field components MF1a and MF2a respectively, calculating the detection angle value θs by performing angle calculation using the first and second detection signals S1 and S2 results in the occurrence of the angle error Eabc in the detection angle value θs. As in 16 shown, the angle error Eabc contains an angle error with ½ of the predetermined period varied. The angle error component that varies with ½ the predetermined period corresponds to the error caused by the third harmonic magnetic field components MF1a and MF2a in the detection angle value θs. This angular error component will be referred to as "second order magnetic field related angular error" hereinafter.

In der vorliegenden Ausführungsform korrigiert die in 7 dargestellte Korrekturverarbeitung, die durch die Korrekturverarbeitungseinheit 23 durchgeführt wird, den magnetfeldbezogenen Winkelfehler zweiter Ordnung. Es wird angemerkt, dass die Korrektur des magnetfeldbezogenen Winkelfehlers zweiter Ordnung die Verringerung der Winkelfehlerkomponente, die mit ½ der vorgegebenen Periode variiert, in dem Erfassungswinkelwert θs ist.In the present embodiment, the in 7 represented correction processing by the correction processing unit 23 is performed, the second-order magnetic-field-related angle error. It is noted that the correction of the second-order magnetic-field angular error is the reduction of the angular error component, which varies with ½ the predetermined period, in the detection angle value θs.

Nun werden die Beziehungen zwischen dem magnetfeldbezogenen Winkelfehler zweiter Ordnung und den Korrekturparametern CP1 und CP2 beschrieben. Der magnetfeldbezogene Winkelfehler zweiter Ordnung enthält eine erste Komponente und eine zweite Komponente. Die erste Komponente und die zweite Komponente haben eine Phasendifferenz von 45°. Die Amplitude der ersten Komponente variiert in Abhängigkeit von dem Wert des Korrekturparameters CP1. Die erste Komponente kann daher verringert werden, indem der Wert des Korrekturparameters CP1 gemäß der Amplitude der ersten Komponente eingestellt wird. Die Amplitude der zweiten Komponente variiert in Abhängigkeit des Werts des Korrekturparameters CP2. Die zweite Komponente kann somit durch Einstellen des Werts des Korrekturparameters CP2 gemäß der Amplitude der zweiten Komponente verringert werden. Die Amplituden der ersten und zweiten Komponenten können zum Beispiel erhalten werden, indem der magnetfeldbezogene Winkelfehler zweiter Ordnung einer Fouriertransformation unterzogen wird.Now, the relationships between the second order magnetic field angle error and the correction parameters CP1 and CP2 will be described. The magnetic-field-related angular error of the second order contains a first component and a second component. The first component and the second component have a phase difference of 45 °. The amplitude of the first component varies depending on the value of the correction parameter CP1. The first component can therefore be reduced by adjusting the value of the correction parameter CP1 according to the amplitude of the first component. The amplitude of the second component varies depending on the value of the correction parameter CP2. The second component can thus be reduced by adjusting the value of the correction parameter CP2 according to the amplitude of the second component. For example, the amplitudes of the first and second components may be obtained by subjecting the second order magnetic field related angular error to Fourier transformation.

Nun soll Es den Winkelfehler des Erfassungswinkelwerts θs darstellen, wenn dieser durch die Winkelberechnungseinheit 24 unter Verwendung der ersten und zweiten Berechnungssignale Sa und Sb berechnet wird, die von der Korrekturverarbeitungseinheit 23 ausgegeben werden. 17 veranschaulicht eine beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers Es. Dieses Beispiel entspricht einem Fall, bei dem die Korrekturverarbeitung mit dem Korrekturparameter CP1 gesetzt zu 0,92 und dem Korrekturparameter CP2 gesetzt zu 1 durchgeführt wurde. In 17 stellt die horizontale Achse den Zielwinkel θ dar, und die vertikale Achse stellt den Winkelfehler Es dar. Wie in 17 gezeigt ist der Winkelfehler Es ausreichend kleiner als der Winkelfehler Eab, gezeigt in 9, und ebenfalls kleiner als der Winkelfehler Eabc, gezeigt in 16.Now, Es should represent the angular error of the detection angle value θs when passing through the angle calculation unit 24 is calculated by using the first and second calculation signals Sa and Sb received from the correction processing unit 23 be issued. 17 illustrates an exemplary waveform of the angle error Es. This example corresponds to a case where the correction processing with the correction parameter CP1 set to 0.92 and the correction parameter CP2 set to 1 has been performed. In 17 For example, the horizontal axis represents the target angle θ, and the vertical axis represents the angle error Es 17 shown is the angle error It is sufficiently smaller than the angle error Eab, shown in 9 , and also smaller than the angle error Eabc, shown in FIG 16 ,

Vor diesem Hintergrund ermöglicht die vorliegende Ausführungsform die Verringerung des Winkelfehlers im Zusammenhang mit dem Drehmagnetfeld MF, das durch die Magnetfeld-Erzeugungseinheit erzeugt wird. In der vorliegenden Ausführungsform benötigt der Winkelsensor 2 keine Vielzahl von Paaren von Signalerzeugungseinheiten 11 und 12, sondern nur ein Paar von Erfassungssignalerzeugungseinheiten 11 und 12. Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht daher die Verringerung des Winkelfehlers im Zusammenhang mit dem Drehmagnetfeld MF, das durch die Magnetfelderzeugungseinheit erzeugt wird, ohne Komplexität in der Ausgestaltung.Against this background, the present embodiment enables the reduction of the angular error associated with the rotating magnetic field MF generated by the magnetic field generating unit. In the present embodiment, the angle sensor requires 2 no plurality of pairs of signal generation units 11 and 12 but only a pair of detection signal generating units 11 and 12 , Therefore, the present embodiment makes it possible to reduce the angular error associated with the rotating magnetic field MF generated by the magnetic field generating unit without complexity in the configuration.

[Zweite Ausführungsform]Second Embodiment

Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. 18 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein erstes Beispiel einer Ausgestaltung der Erfassungseinheit der zweiten Ausführungsform darstellt. 19 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Ausgestaltung der Winkelerfassungseinheit der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Bei dem Winkelsensorsystem 1 gemäß der zweiten Ausführungsform hat der Winkelsensor 2 eine andere Ausgestaltung als jener in der ersten Ausführungsform.A second embodiment of the present invention will now be described. 18 FIG. 12 is a circuit diagram illustrating a first example of an embodiment of the detection unit of the second embodiment. FIG. 19 FIG. 12 is a functional block diagram illustrating the configuration of the angle detection unit of the second embodiment. FIG. In the angle sensor system 1 According to the second embodiment, the angle sensor 2 another embodiment than that in the first embodiment.

Die Erfassungseinheit 10 des Winkelsensors 2 der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine erste Erfassungssignalerzeugungseinheit 111 und eine zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit 112 anstelle der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 und der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 der ersten Ausführungsform.The registration unit 10 of the angle sensor 2 The present embodiment includes a first detection signal generation unit 111 and a second detection signal generation unit 112 instead of the first detection signal generation unit 11 and the second detection signal generation unit 12 the first embodiment.

Die erste Erfassungssignalerzeugungseinheit 111 umfasst zumindest ein erstes Magneterfassungselement. Das zumindest eine Magneterfassungselement umfasst eine erste Magnetschicht. Die erste Magnetschicht ist mit einer ersten magnetischen Anisotropie versehen.The first detection signal generation unit 111 includes at least a first magnetic detection element. The at least one magnetic detection element comprises a first magnetic layer. The first magnetic layer is provided with a first magnetic anisotropy.

Die zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit 112 umfasst zumindest ein zweites Magneterfassungselement. Das zumindest eine zweite Magneterfassungselement umfasst eine zweite Magnetschicht. Die zweite Magnetschicht ist mit einer zweiten magnetischen Anisotropie versehen.The second detection signal generation unit 112 includes at least a second magnetic detection element. The at least one second magnetic detection element comprises a second magnetic layer. The second magnetic layer is provided with a second magnetic anisotropy.

Sowohl die erste als auch die zweite magnetische Anisotropie sind zum Beispiel magnetische Formanisotropien. Die einfache Achsenrichtung, die durch die erste magnetische Anisotropie begründet wird, und die einfache Achsenrichtung, die durch die zweite magnetische Anisotropie begründet wird, sind zueinander orthogonal.Both the first and the second magnetic anisotropy are magnetic shape anisotropies, for example. The simple axis direction established by the first magnetic anisotropy and the simple axis direction established by the second magnetic anisotropy are orthogonal to each other.

In der vorliegenden Ausführungsform umfasst das zumindest eine erste Magneterfassungselement bzw. das zumindest eine zweite Magneterfassungselement eine Magnetschicht, die mit einer dritten magnetischen Anisotropie versehen ist. Die Magnetschicht, die mit der dritten magnetischen Anisotropie versehen ist, ist eine Schicht, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF an der Erfassungsposition PR variiert. Die dritte magnetische Anisotropie ist zum Beispiel eine magnetische Formanisotropie. In the present embodiment, the at least one first magnetic detection element or the at least one second magnetic detection element comprises a magnetic layer which is provided with a third magnetic anisotropy. The magnetic layer provided with the third magnetic anisotropy is a layer whose direction of magnetization varies in accordance with the direction DM of the rotary magnetic field MF at the detection position PR. The third magnetic anisotropy is, for example, a magnetic shape anisotropy.

In der vorliegenden Ausführungsform ist in dem einen des zumindest einen ersten Magneterfassungselements und des zumindest einen zweiten Magneterfassungselements die Magnetschicht, die mit der dritten magnetischen Anisotropie versehen ist, von der ersten oder zweiten Magnetschicht verschieden.In the present embodiment, in the one of the at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element, the magnetic layer provided with the third magnetic anisotropy is different from the first or second magnetic layer.

In der vorliegenden Ausführungsform wird der Fehler, den die Magnetfeldkomponenten der dritten Harmonischen MF1a und MF2a in dem Erfassungswinkelwert θs verursachen, also der magnetfeldbezogene Winkelfehler zweiter Ordnung, der in Zusammengang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, unter Verwendung der ersten oder zweiten magnetischen Anisotropie in dem anderen des zumindest einen ersten Magneterfassungselements und des zumindest einen zweiten Magneterfassungselement und der dritten magnetischen Anisotropie korrigiert. Die dritte magnetische Anisotropie und die erste oder zweite magnetische Anisotropie, die zur Korrektur des magnetfeldbezogenen Winkelfehlers zweiter Ordnung verwendet werden, begründen die gleiche einfache Achsenrichtung.In the present embodiment, the error caused by the third harmonic magnetic field components MF1a and MF2a in the detection angle value θs, that is, the second order magnetic field related angle error described in connection with the first embodiment, is determined by using the first or second magnetic anisotropy in FIG other of the at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element and the third magnetic anisotropy corrected. The third magnetic anisotropy and the first or second magnetic anisotropy used to correct the second-order magnetic field angle error justify the same simple axis direction.

Es wird nun auf 18 Bezug genommen, um ein erstes Beispiel der Ausgestaltung der ersten und zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheiten 111 und 112 ausführlich zu beschreiben. In dem ersten Beispiel hat die erste Erfassungssignalerzeugungseinheit 111 eine Wheatstone Brückenschaltung 114 anstelle der Wheatstone Brückenschaltung 14 der ersten Ausführungsform. Die zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit 112 hat eine Wheatstone Brückenschaltung 116 anstelle der Wheatstone Brückenschaltung 16 der ersten Ausführungsform.It will be up now 18 Reference is made to a first example of the configuration of the first and second detection signal generating units 111 and 112 to describe in detail. In the first example, the first detection signal generation unit has 111 a Wheatstone bridge circuit 114 instead of the Wheatstone bridge circuit 14 the first embodiment. The second detection signal generation unit 112 has a Wheatstone bridge circuit 116 instead of the Wheatstone bridge circuit 16 the first embodiment.

Jede der Wheatstone Brückenschaltungen 114 und 116 umfasst Magneterfassungselemente R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41, und R42, einen Stromversorgungsanschluss V, einen Masseanschluss G, einen ersten Ausgangsanschluss E1, und einen zweiten Ausgangsanschluss E2.Each of the Wheatstone bridge circuits 114 and 116 includes magnetic detection elements R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41, and R42, a power supply terminal V, a ground terminal G, a first output terminal E1, and a second output terminal E2.

Die Magneterfassungselemente R11 und R12 sind in Reihe geschaltet und zwischen dem Stromversorgungsanschluss V und dem ersten Ausgangsanschluss E1 bereitgestellt. Die Magneterfassungselemente R21 und R22 sind in Reihe geschaltet und zwischen dem ersten Ausgangsanschluss E1 und dem Masseanschluss G bereitgestellt. Die Magneterfassungselemente R31 und R32 sind in Reihe geschaltet und zwischen dem Stromversorgungsanschluss V und dem zweiten Ausgangsanschluss E2 bereitgestellt. Die Magneterfassungselemente R41 und R42 sind in Reihe geschaltet und zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss E2 und dem Masseanschluss G bereitgestellt. Eine Versorgungsspannung vorgegebener Größe wird an dem Stromversorgungsanschluss V angelegt. Der Massenanschluss G ist geerdet.The magnetic detection elements R11 and R12 are connected in series and provided between the power supply terminal V and the first output terminal E1. The magnetic detection elements R21 and R22 are connected in series and provided between the first output terminal E1 and the ground terminal G. The magnetic detection elements R31 and R32 are connected in series and provided between the power supply terminal V and the second output terminal E2. The magnetic detection elements R41 and R42 are connected in series and provided between the second output terminal E2 and the ground terminal G. A supply voltage of a predetermined size is applied to the power supply terminal V. The ground connection G is grounded.

Jedes der Magneterfassungselemente R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41, und R42 umfasst ein oder mehrere MR-Elemente. Jedes MR-Element hat die gleiche Ausgestaltung wie in der ersten Ausführungsform.Each of the magnetic detection elements R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41, and R42 includes one or more MR elements. Each MR element has the same configuration as in the first embodiment.

In der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 111 sind die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R11, R12, R41, und R41 enthalten sind, in der ersten Richtung D1 (die X-Richtung) magnetisiert, und die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R21, R22, R31 und R32 enthalten sind, sind in der entgegengesetzten Richtung der ersten Richtung D1 magnetisiert.In the first detection signal generation unit 111 For example, the magnetization-fixed layers of the MR elements included in the magnetic detection elements R11, R12, R41, and R41 are magnetized in the first direction D1 (the X direction), and the magnetization-fixed layers of the MR elements, which are included in the magnetic detection elements R21, R22, R31 and R32 are magnetized in the opposite direction of the first direction D1.

In der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 112 sind die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R11, R12, R41 und R42 enthalten sind, in der zweiten Richtung D2 (Y-Richtung) magnetisiert, und die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R21, R22, R31, und R32 enthalten sind, sind in der entgegengesetzten Richtung der zweiten Richtung D2 magnetisiert.In the second detection signal generation unit 112 For example, the magnetization-defining layers of the MR elements included in the magnetic detection elements R11, R12, R41 and R42 are magnetized in the second direction D2 (Y direction), and the magnetization-defining layers of the MR elements shown in FIG The magnetic detection elements R21, R22, R31, and R32 are magnetized in the opposite direction of the second direction D2.

Angesichts von Fertigungstoleranzen der MR-Elemente und anderen Faktoren können die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente in den Erfassungssignalerzeugungseinheiten 111 und 112 geringfügig von den oben beschriebenen Richtungen verschieden sein.In view of manufacturing tolerances of the MR elements and other factors, the magnetization directions of the magnetization-fixed layers of the MR elements in the detection signal generation units can be made 111 and 112 slightly different from the directions described above.

In dem ersten Beispiel ist die freie Schicht von zumindest einem der einen oder mehreren MR-Elemente, die in jedem der Magneterfassungselemente R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41, und R42 in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 111 enthalten sind, mit der ersten magnetischen Anisotropie versehen. Die freie Schicht, die mit der ersten magnetischen Anisotropie versehen ist, entspricht der ersten Magnetschicht.In the first example, the free layer of at least one of the one or more MR elements included in each of the magnetic detection elements R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41, and R42 in the first detection signal generation unit 111 are included, provided with the first magnetic anisotropy. The free layer provided with the first magnetic anisotropy corresponds to the first magnetic layer.

Die freie Schicht von zumindest einem der einen oder mehreren MR-Elemente, die in jedem der Magneterfassungselemente R11, R21, R31 und R41 in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 112 enthalten sind, ist mit der zweiten magnetischen Anisotropie versehen. Die freie Schicht, die mit der zweiten magnetischen Anisotropie versehen ist, entspricht der zweiten Magnetschicht. The free layer of at least one of the one or more MR elements included in each of the magnetic detection elements R11, R21, R31, and R41 in the second detection signal generation unit 112 is provided with the second magnetic anisotropy. The free layer provided with the second magnetic anisotropy corresponds to the second magnetic layer.

Die freie Schicht von zumindest einem der einen oder mehreren MR-Elemente, die in jedem der Magneterfassungselemente R12, R22, R32, und R42 in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 112 enthalten sind, ist mit der dritten magnetischen Anisotropie versehen.The free layer of at least one of the one or more MR elements included in each of the magnetic detection elements R12, R22, R32, and R42 in the second detection signal generation unit 112 is provided with the third magnetic anisotropy.

In 18 entspricht die Hauptachsenrichtung der Ellipsen, die die Magneterfassungselemente darstellen, der einfachen Achsenrichtung, die durch die magnetische Anisotrope begründet wird. In dem ersten Beispiel ist die einfache Achsenrichtung, die durch die erste magnetische Anisotropie begründet wird, parallel zu der X-Richtung, und die einfache Achsenrichtung, die durch die zweite magnetische Anisotropie begründet wird, ist parallel zu der Y-Richtung. Ferner ist die einfache Achsenrichtung, die durch die dritte magnetische Anisotropie begründet wird, parallel zu der X-Richtung, wie bei der einfachen Achsenrichtung, die durch die erste magnetische Anisotropie begründet wird.In 18 The major axis direction of the ellipses representing the magnetic detection elements corresponds to the simple axis direction established by the magnetic anisotropy. In the first example, the simple axis direction established by the first magnetic anisotropy is parallel to the X direction, and the single axis direction established by the second magnetic anisotropy is parallel to the Y direction. Further, the simple axis direction established by the third magnetic anisotropy is parallel to the X direction, as in the simple axis direction established by the first magnetic anisotropy.

Nun werden die zweiten bis vierten Beispiele der Ausgestaltung der ersten und zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheiten 111 und 112 beschrieben. In dem zweiten Beispiel umfasst das zumindest eine erste Magneterfassungselement in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 111 eine Magnetschicht, die mit der dritten magnetischen Anisotropie versehen ist. In diesem Fall ist zum Beispiel die freie Schicht von zumindest einem der einen oder mehreren MR-Elemente, die in jedem der Magneterfassungselemente R12, R22, R32, und R42 in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 111 enthalten sind, mit der dritten magnetischen Anisotropie versehen, und die freie Schicht von zumindest einem der einen oder mehreren MR-Elemente, die in jedem der Magneterfassungselemente R12, R22, R32, und R42 in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 112 enthalten sind, ist mit der zweiten magnetischen Anisotropie versehen. Die einfache Achsenrichtung, die durch die dritte magnetische Anisotropie begründet wird, ist in diesem Fall parallel zu der Y-Richtung, wie bei der einfachen Achsenrichtung, die durch die zweite magnetische Anisotropie begründet wird.Now, the second to fourth examples of the configuration of the first and second detection signal generation units will be described 111 and 112 described. In the second example, the at least one first magnetic detection element in the first detection signal generation unit 111 includes a magnetic layer provided with the third magnetic anisotropy. In this case, for example, the free layer of at least one of the one or more MR elements included in each of the magnetic detection elements R12, R22, R32, and R42 in the first detection signal generation unit 111 are provided with the third magnetic anisotropy and the free layer of at least one of the one or more MR elements included in each of the magnetic detection elements R12, R22, R32, and R42 in the second detection signal generation unit 112 are included, is provided with the second magnetic anisotropy. The simple axis direction established by the third magnetic anisotropy is in this case parallel to the Y direction, as in the simple axis direction established by the second magnetic anisotropy.

In den dritten und vierten Beispielen, wie in dem in 5 gezeigten Beispiel in der ersten Ausführungsform, ist die einfache Achsenrichtung, die durch die erste magnetische Anisotropie begründet wird, parallel zu der Y-Richtung, und die einfache Achsenrichtung, die durch die zweite magnetische Anisotropie begründet wird, ist parallel zu der X-Richtung.In the third and fourth examples, as in the 5 As shown in the first embodiment, the simple axis direction established by the first magnetic anisotropy is parallel to the Y direction, and the single axis direction established by the second magnetic anisotropy is parallel to the X direction.

In dem dritten Beispiel umfasst das zumindest eine zweite Magneterfassungselement in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 112 eine Magnetschicht, die mit der dritten magnetischen Anisotropie versehen ist. In diesem Fall ist die einfache Achsenrichtung, die durch die dritte magnetische Anisotropie begründet wird, parallel zu der Y-Richtung, wie bei der einfachen Achsenrichtung, die durch die erste magnetische Anisotropie begründet wird.In the third example, the at least one second magnetic detection element includes in the second detection signal generation unit 112 a magnetic layer provided with the third magnetic anisotropy. In this case, the simple axis direction established by the third magnetic anisotropy is parallel to the Y direction, as in the simple axis direction established by the first magnetic anisotropy.

In dem vierten Beispiel umfasst das zumindest eine Magneterfassungselement in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 111 eine Magnetschicht, die mit der dritten magnetischen Anisotropie versehen ist. In diesem Fall ist die einfache Achsenrichtung, die durch die dritte magnetische Anisotropie begründet wird, parallel zu der X-Richtung, wie bei der einfachen Achsenrichtung, die durch die zweite magnetische Anisotropie begründet wird.In the fourth example, the at least one magnetic detection element includes in the first detection signal generation unit 111 a magnetic layer provided with the third magnetic anisotropy. In this case, the simple axis direction established by the third magnetic anisotropy is parallel to the X direction, as in the simple axis direction established by the second magnetic anisotropy.

In Anbetracht der Produktionsgenauigkeit der MR-Elemente und anderer Faktoren können die einfachen Achsenrichtungen in den obigen ersten bis vierten Beispielen geringfügig von den oben beschriebenen Richtungen abweichen.In consideration of the production accuracy of the MR elements and other factors, the simple axis directions in the above first to fourth examples may slightly deviate from the directions described above.

Nun wird die Ausgestaltung der Winkelerfassungseinheit 20 der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 19 beschrieben. Die Winkelerfassungseinheit 20 der vorliegenden Ausführungsform ist eingerichtet, indem die Korrekturverarbeitungseinheit 23 aus der Winkelerfassungseinheit 20 der ersten Ausführungsform entfällt. In der Winkelerfassungseinheit 20 der vorliegenden Ausführungsform werden die ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2, die durch die A/D-Wandler 21 und 22 in Digitalsignale gewandelt wurden, der Winkelberechnungseinheit 24 eingegeben. Die Winkelberechnungseinheit 24 berechnet den Erfassungswinkelwert θs vermittels Durchführung der Winkelberechnung, die in Gleichung (14) definiert ist, unter Verwendung der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2.Now, the configuration of the angle detection unit 20 the present embodiment with reference to 19 described. The angle detection unit 20 of the present embodiment is set up by the correction processing unit 23 from the angle detection unit 20 the first embodiment is omitted. In the angle detection unit 20 In the present embodiment, the first and second detection signals S1 and S2 converted into digital signals by the A / D converters 21 and 22 are the angle calculation unit 24 entered. The angle calculation unit 24 calculates the detection angle value θs by performing the angle calculation defined in Equation (14) using the first and second detection signals S1 and S2.

Nun werden die Funktionsweise und die Wirkungen des Winkelsensorsystems 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Zunächst nehmen wir an, dass die ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2 lediglich aus den Idealmagnetfeldkomponenten MF 10 bzw. MF20 bestehen, wenn der Zielwinkel θ mit einer vorgegebenen Periode variiert. In einem solchen Fall verursachen die dritte magnetische Anisotropie und die erste oder zweite magnetische Anisotrope, die zur Korrektur des magnetfeldbezogenen Winkelfehlers zweiter Ordnung verwendet werden, einen Winkelfehler, der mit ½ der vorgegebenen Periode in dem Erfassungswinkelwert θs variiert. Dieser Winkelfehler wird nachfolgend als „elementbezogener Winkelfehler zweiter Ordnung“ bezeichnet und mit dem Bezugszeichen Ed versehen.Now, the operation and effects of the angle sensor system 1 described according to the present embodiment. First, assume that the first and second magnetic field components MF1 and MF2 consist only of the ideal magnetic field components MF 10 and MF20, respectively, when the target angle θ varies with a predetermined period. In such a case, the third magnetic anisotropy and the first or second magnetic anisotropy cause the second to correct the magnetic field angle error Order, an angle error which varies with ½ the predetermined period in the detection angle value θs. This angle error is hereinafter referred to as "element-related angle error second order" and provided with the reference symbol Ed.

20 veranschaulicht eine beispielhafte Wellenform des elementbezogenen Winkelfehlers zweiter Ordnung Ed des ersten in 18 gezeigten Beispiels. In 20 stellt die horizontale Achse den Zielwinkel θ dar, und die vertikale Achse stellt den elementbezogenen Winkelfehler Ed zweiter Ordnung dar. 20 FIG. 12 illustrates an example waveform of the second order elemental angular error Ed of the first in FIG 18 shown example. In 20 For example, the horizontal axis represents the target angle θ, and the vertical axis represents the second-order elemental angle error Ed.

Wenn die einfache Achsenrichtung, die durch die dritte magnetische Anisotropie begründet wird, parallel zu der X-Richtung ist, wie in den dritten und vierten Beispielen, hat die Phase des elementbezogenen Winkelfehlers zweiter Ordnung Ed die in 20 gezeigte Wellenform. Wenn hingegen die einfache Achsenrichtung, die durch die dritte magnetische Anisotropie begründet wird, parallel zu der Y-Richtung ist, wie in den zweiten und dritten Beispielen, hat der elementbezogene Winkelfehler zweiter Ordnung Ed gegenüber der in 20 gezeigten Wellenform eine um 90° verschiedene Phase. Die Amplitude des elementbezogenen Winkelfehlers zweiter Ordnung Ed kann durch Änderung der Größen der dritten magnetischen Anisotropie und der ersten oder zweiten magnetischen Anisotropie, die zur Korrektur des magnetfeldbezogenen Winkelfehlers zweiter Ordnung verwendet werden, verändert werden.When the simple axis direction established by the third magnetic anisotropy is parallel to the X direction, as in the third and fourth examples, the phase of the element-related angular error Ed has the in 20 shown waveform. On the other hand, when the simple axis direction established by the third magnetic anisotropy is parallel to the Y direction, as in the second and third examples, the element-related second-order angle error Ed is opposite to that in FIG 20 shown waveform a different phase by 90 °. The amplitude of the second-order elemental angular error Ed may be changed by changing the magnitudes of the third magnetic anisotropy and the first or second magnetic anisotropy used to correct the second-order magnetic field angular error.

In der vorliegenden Ausführungsform sind die dritte magnetische Anisotropie und die erste oder zweite magnetische Anisotropie zur Korrektur des magnetfeldbezogenen Winkelfehlers zweiter Ordnung eingestellt, um zu bewirken, dass der magnetfeldbezogene Winkelfehler zweiter Ordnung und der elementbezogene Winkelfehler zweiter Ordnung Ed eine Phasendifferenz von 90° oder fast 90° haben, und die gleiche oder nahezu die gleiche Amplitude haben. Hierdurch wird eine Korrektur des magnetfeldbezogenen Winkelfehlers zweiter Ordnung erzielt.In the present embodiment, the third magnetic anisotropy and the first or second magnetic anisotropy are adjusted to correct the second order magnetic field angle error to cause the second order magnetic field angle error and second order element angular error Ed to have a phase difference of 90 ° or nearly 90 ° °, and have the same or nearly the same amplitude. As a result, a correction of the magnetic-field-related angular error of the second order is achieved.

Die vorliegende Ausführungsform beseitigt den Bedarf an der Korrekturverarbeitungseinheit 23 der ersten Ausführungsform, wodurch eine Verringerung des Winkelfehlers in Zusammenhang mit dem Drehmagnetfeld MF ermöglicht wird, das durch die Magnetfelderzeugungseinheit mit einer simpleren Ausgestaltung erzeugt wird.The present embodiment eliminates the need for the correction processing unit 23 of the first embodiment, thereby enabling a reduction in the angular error associated with the rotary magnetic field MF generated by the magnetic field generating unit having a simpler configuration.

Die übrige Ausgestaltung, Funktionsweise und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie jene der ersten Ausführungsform.The other configuration, operation and effects of the present embodiment are the same as those of the first embodiment.

[Dritte Ausführungsform]Third Embodiment

Nun wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 21 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein erstes Beispiel einer Ausgestaltung der Erfassungseinheit der dritten Ausführungsform veranschaulicht. Das Winkelsensorsystem 1 gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform folgendermaßen.Now, a third embodiment of the present invention will be described. 21 FIG. 12 is a circuit diagram illustrating a first example of a configuration of the detection unit of the third embodiment. FIG. The angle sensor system 1 according to the third embodiment differs from the first embodiment as follows.

Bei dem Winkelsensor 2 des Winkelsensorsystems 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfassen das zumindest eine erste Magneterfassungselement, das in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 enthalten ist, oder das zumindest eine zweite Magneterfassungselement, das in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 enthalten ist, eine Magnetschicht, die mit einer dritten magnetischen Anisotropie versehen ist. Die Magnetschicht, die mit der dritten magnetischen Anisotropie versehen ist, ist eine Schicht, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung DM des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition PR variiert. Die dritte magnetische Anisotropie ist zum Beispiel eine magnetische Formanisotropie.At the angle sensor 2 of the angle sensor system 1 According to the present embodiment, the at least one first magnetic detection element included in the first detection signal generation unit 11 or at least one second magnetic detection element included in the second detection signal generation unit 12 is included, a magnetic layer provided with a third magnetic anisotropy. The magnetic layer provided with the third magnetic anisotropy is a layer whose direction of magnetization varies according to the direction DM of the rotating magnetic field at the detection position PR. The third magnetic anisotropy is, for example, a magnetic shape anisotropy.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist in dem einen des zumindest einen ersten Magneterfassungselements und des zumindest einen zweiten Magneterfassungselements die erste oder zweite Magnetschicht mit der dritten magnetischen Anisotropie versehen, zusätzlich zu der ersten oder zweiten magnetischen Anisotropie. Die Einzelheiten der ersten bis dritten magnetischen Anisotropien sind die gleichen wie jene der zweiten Ausführungsform.According to the present embodiment, in the one of the at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element, the first or second magnetic layer is provided with the third magnetic anisotropy, in addition to the first or second magnetic anisotropy. The details of the first to third magnetic anisotropies are the same as those of the second embodiment.

In der vorliegenden Ausführungsform ist die Winkelerfassungseinheit 20 der zweiten Ausführungsform, gezeigt in 19, anstelle der Winkelerfassungseinheit 20 der ersten Ausführungsform bereitgestellt.In the present embodiment, the angle detection unit is 20 of the second embodiment shown in FIG 19 , instead of the angle detection unit 20 of the first embodiment.

Ein erstes Beispiel der Ausgestaltung der ersten und zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheiten 11 und 12 wird nun ausführlich unter Bezugnahme auf 21 beschrieben. In dem ersten Beispiel umfasst jedes der ersten Magneterfassungselemente R1, R2, R3 und R4 in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 zumindest ein MR-Element, das eine freie Schicht umfasst, die mit der zweiten magnetischen Anisotropie versehen ist. Die freie Schicht, die mit der zweiten magnetischen Anisotropie versehen ist, entspricht der zweiten Magnetschicht. In dem ersten Beispiel ist die freie Schicht, die als die zweite Magnetschicht dient, mit der dritten magnetischen Anisotropie zusätzlich zu der zweiten magnetischen Anisotropie versehen. 21 veranschaulicht eine beispielhafte Form der zweiten Magnetschicht. Das Formen der zweiten Magnetschicht in eine Form mit einer ersten Hauptachse parallel zu der Y-Richtung und einer zweiten Hauptachse parallel zu der X-Richtung, also allgemein eine kreuzartige Form, stellt der zweiten Magnetschicht die zweite magnetische Anisotropie und die dritte magnetische Anisotropie bereit, bei denen es sich bei beiden um magnetische Formanisotropien handelt. Die einfache Achsenrichtung, die durch die dritte magnetische Anisotropie begründet wird, ist in diesem Fall parallel zu der X-Richtung, wie bei der einfachen Achsenrichtung, die durch die erste magnetische Anisotropie begründet wird.A first example of the configuration of the first and second detection signal generating units 11 and 12 will now be described in detail with reference to FIG 21 described. In the first example, each of the first magnetic detection elements R1, R2, R3, and R4 in the second detection signal generation unit 12 includes at least one MR element including a free layer provided with the second magnetic anisotropy. The free layer provided with the second magnetic anisotropy corresponds to the second magnetic layer. In the first example, the free layer serving as the second magnetic layer is provided with the third magnetic anisotropy in addition to the second magnetic anisotropy. 21 illustrates an exemplary shape of the second magnetic layer. The shaping of the second magnetic layer In a form having a first major axis parallel to the Y-direction and a second major axis parallel to the X-direction, that is generally a cross-shaped shape, the second magnetic layer provides the second magnetic anisotropy and the third magnetic anisotropy, which are both are magnetic form anisotropies. The simple axis direction established by the third magnetic anisotropy is in this case parallel to the X direction, as in the simple axis direction established by the first magnetic anisotropy.

Nun werden zweite bis vierte Beispiele der Ausgestaltung der ersten und zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheiten 11 und 12 beschrieben. In dem zweiten Beispiel umfasst das zumindest eine erste Magneterfassungselement in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 eine Magnetschicht, die mit den ersten und dritten magnetischen Anisotropien versehen ist. In diesem Fall ist zum Beispiel die freie Schicht von zumindest einem der einen oder mehreren MR-Elemente, die in jedem der Magneterfassungselemente R1, R2, R3, und R4 in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 enthalten sind, mit den ersten und dritten magnetischen Anisotropien versehen, und die freie Schicht von zumindest einem der einen oder mehreren MR-Elementen, die in jedem der Magneterfassungselemente R1, R2, R3 und R4 in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 enthalten sind, ist mit lediglich der zweiten magnetischen Anisotropie versehen. Die einfache Achsenrichtung, die durch die dritte magnetische Anisotropie begründet wird, ist in diesem Fall parallel zu der Y-Richtung, wie bei der einfachen Achsenrichtung, die durch die zweite magnetische Anisotropie begründet wird.Now, second to fourth examples of the configuration of the first and second detection signal generating units 11 and 12 will be described. In the second example, the at least one first magnetic detection element in the first detection signal generation unit 11 includes a magnetic layer provided with the first and third magnetic anisotropies. In this case, for example, the free layer of at least one of the one or more MR elements included in each of the magnetic detection elements R1, R2, R3, and R4 in the first detection signal generation unit 11 is provided with the first and third magnetic anisotropies, and the free layer of at least one of the one or more MR elements included in each of the magnetic detection elements R1, R2, R3 and R4 in the second detection signal generation unit 12 are included, is provided with only the second magnetic anisotropy. The simple axis direction established by the third magnetic anisotropy is in this case parallel to the Y direction, as in the simple axis direction established by the second magnetic anisotropy.

In den dritten und vierten Beispielen, wie bei dem in 5 gezeigten Beispiel in der ersten Ausführungsform, ist die einfache Achsenrichtung, die durch die erste magnetische Anisotropie begründet wird, parallel zu der Y-Richtung, und die einfache Achsenrichtung, die durch die zweite magnetische Anisotropie begründet wird, ist parallel zu der X-Richtung.In the third and fourth examples, as in the 5 As shown in the first embodiment, the simple axis direction established by the first magnetic anisotropy is parallel to the Y direction, and the single axis direction established by the second magnetic anisotropy is parallel to the X direction.

In dem dritten Beispiel umfasst das zumindest eine zweite Magneterfassungselement in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 eine Magnetschicht, die mit den zweiten und dritten magnetischen Anisotropien versehen ist. In diesem Fall ist die einfache Achsenrichtung, die durch die dritte magnetische Anisotropie begründet wird, parallel zu der Y-Richtung, wie bei der einfachen Achsenrichtung, die durch die erste magnetische Anisotropie begründet wird.In the third example, the at least one second magnetic detection element includes in the second detection signal generation unit 12 a magnetic layer provided with the second and third magnetic anisotropies. In this case, the simple axis direction established by the third magnetic anisotropy is parallel to the Y direction, as in the simple axis direction established by the first magnetic anisotropy.

In dem vierten Beispiel umfasst das zumindest eine erste Magneterfassungselement in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 eine Magnetschicht, die mit den ersten und dritten magnetischen Anisotropien versehen ist. In diesem Fall ist die einfache Achsenrichtung, die durch die dritte magnetische Anisotropie begründet wird, parallel zu der X-Richtung, wie bei der einfachen Achsenrichtung, die durch die zweite magnetische Anisotropie begründet wird.In the fourth example, the at least one first magnetic detection element includes in the first detection signal generation unit 11 a magnetic layer provided with the first and third magnetic anisotropies. In this case, the simple axis direction established by the third magnetic anisotropy is parallel to the X direction, as in the simple axis direction established by the second magnetic anisotropy.

Angesichts der Produktionsgenauigkeit der MR-Elemente und anderer Faktoren können die einfachen Achsenrichtung in den obigen ersten bis vierten Beispielen geringfügig von den oben beschriebenen Richtungen abweichen.In view of the production accuracy of the MR elements and other factors, the simple axis direction in the above first to fourth examples may slightly deviate from the directions described above.

In der vorliegenden Ausführungsform wird der magnetfeldbezogene Winkelfehler zweiter Ordnung durch Verwendung der dritten magnetischen Anisotropie und der ersten oder zweiten magnetischen Anisotropie korrigiert. Wie die zweite Ausführungsform beseitigt die vorliegende Ausführungsform den Bedarf an der Korrekturverarbeitungseinheit 23 der ersten Ausführungsform, wodurch die Verringerung des Winkelfehlers im Zusammenhang mit dem Drehfeld MF, das durch die Magnetfelderzeugungseinheit mit einer simpleren Ausgestaltung erzeugt wird, ermöglicht wird.In the present embodiment, the second order magnetic field related angular error is corrected by using the third magnetic anisotropy and the first or second magnetic anisotropy. Like the second embodiment, the present embodiment eliminates the need for the correction processing unit 23 of the first embodiment, thereby enabling the reduction of the angle error associated with the rotating field MF generated by the magnetic field generating unit having a simpler configuration.

Die übrige Ausgestaltung, Funktionsweise und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie jene der ersten oder zweiten Ausführungsform.The other configuration, operation and effects of the present embodiment are the same as those of the first or second embodiment.

[Vierte Ausführungsform]Fourth Embodiment

Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 22 bis 25 beschrieben. Die 22 bis 25 zeigen jeweils erste bis vierte Zustände des Winkelsensorsystems 1 gemäß der vierten Ausführungsform.A fourth embodiment of the present invention will now be described with reference to FIGS 22 to 25 described. The 22 to 25 each show first to fourth states of the angle sensor system 1 according to the fourth embodiment.

Das Winkelsensorsystem 1 gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform folgendermaßen. Die Magnetfelderzeugungseinheit des Winkelsensorsystems 1 gemäß der vierten Ausführungsform ist ein Magnet 8, der sich von dem Magnet 5 der ersten Ausführungsform unterscheidet. Der Magnet 8 umfasst eine Vielzahl von Paaren aus N- und S-Polen, die abwechselnd in der ersten Richtung angeordnet sind. Die erste Richtung ist die X-Richtung.The angle sensor system 1 according to the fourth embodiment differs from the first embodiment as follows. The magnetic field generating unit of the angle sensor system 1 according to the fourth embodiment is a magnet 8th that is different from the magnet 5 the first embodiment differs. The magnet 8th includes a plurality of pairs of N and S poles arranged alternately in the first direction. The first direction is the X direction.

In den 22 bis 25 verläuft die X-Richtung nach rechts, die Y-Richtung verläuft nach oben, und die Z-Richtung verläuft aus der Zeichnungsebene heraus. Der Magnet 8 hat eine Seitenfläche 8a, die parallel zur X-Richtung verläuft. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Erfassungseinheit 10 des Winkelsensors 2 derart angeordnet, dass sie der Seitenfläche 8a des Magneten 8 gegenüberliegt. Die 22 bis 25 veranschaulichen eine Vielzahl von Kurven nahe der Seitenfläche 8a des Magneten 8, wobei die Vielzahl von Kurven magnetische Feldlinien darstellen.In the 22 to 25 the X direction is to the right, the Y direction is up, and the Z direction is out of the plane of the drawing. The magnet 8th has a side surface 8a which is parallel to the X direction. In the present embodiment, the detection unit is 10 of the angle sensor 2 arranged such that they are the side surface 8a of the magnet 8th opposite. The 22 to 25 illustrate a variety of curves near the side surface 8a of the magnet 8th wherein the plurality of curves represent magnetic field lines.

Entweder der Winkelsensor 2 oder der Magnet 8 ist in der Richtung DL parallel zu der ersten Richtung (X-Richtung) als Reaktion auf die Bewegung eines sich bewegenden Körpers (nicht dargestellt) linear bewegbar. Mit anderen Worten ist die Relativposition des Magneten 8 bezüglich der Erfassungsposition PR in der ersten Richtung (X-Richtung) variabel. In dem in 22 dargestellten Beispiel ist die Richtung DL die X-Richtung.Either the angle sensor 2 or the magnet 8th is linearly movable in the direction DL parallel to the first direction (X direction) in response to the movement of a moving body (not shown). In other words, the relative position of the magnet 8th with respect to the detection position PR in the first direction (X direction) variably. In the in 22 As shown, the direction DL is the X direction.

Die Referenzebene in der vorliegenden Ausführungsform ist senkrecht zur Z-Richtung. Wenn sich die Relativposition des Magneten 8 gegenüber der Erfassungsposition PR in der Richtung DL bewegt, dreht sich die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF in 22 entgegen dem Uhrzeigersinn. Der Zielwinkel θ und der Drehfeldwinkel θM werden aus der Referenzrichtung DR entgegen dem Uhrzeigersinn betrachtet in positiven Werten ausgedrückt, und aus der Referenzrichtung DR im Uhrzeigersinn gesehen in negativen Werten ausgedrückt. Die Definitionen der ersten Richtung D1, der zweiten Richtung D2, der ersten Magnetfeldkomponente MF1 und der zweiten Magnetfeldkomponente MF2 sind die gleichen wie jene in der ersten Ausführungsform.The reference plane in the present embodiment is perpendicular to the Z direction. When the relative position of the magnet 8th to the detection position PR in the direction DL, the direction DM of the rotating magnetic field MF is turned to 22 counterclockwise. The target angle θ and the rotational field angle θM are expressed in positive values as viewed from the reference direction DR in the counterclockwise direction, and expressed in negative values from the reference direction DR in the clockwise direction. The definitions of the first direction D1, the second direction D2, the first magnetic field component MF1 and the second magnetic field component MF2 are the same as those in the first embodiment.

Der Winkelsensor 2 erfasst das Drehmagnetfeld MF an der Erfassungsposition PR und erzeugt den Erfassungswinkelwert θs mit einer Entsprechung zu dem Zielwinkel θ. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Zielwinkel θ ein Winkel, der die Relativposition des Magneten 8 bezüglich der Erfassungsposition PR darstellt, wobei eine Teilung des Magneten 8 360° beträgt.The angle sensor 2 detects the rotating magnetic field MF at the detection position PR and generates the detection angle value θs with a correspondence to the target angle θ. In the present embodiment, the target angle θ is an angle representing the relative position of the magnet 8 with respect to the detection position PR, wherein a pitch of the magnet 8th 360 °.

In dem in 22 dargestellten ersten Zustand befindet sich die Erfassungsposition PR in einer imaginären Ebene, die die Grenze zwischen benachbarten N- und S-Polen des Magneten 8 umfasst. In dem ersten Zustand ist der Zielwinkel θ 0°.In the in 22 1, the detection position PR is in an imaginary plane including the boundary between adjacent N and S poles of the magnet 8. In the first state, the target angle θ is 0 °.

Der in 23 gezeigte zweite Zustand ist ein Zustand, bei dem der Magnet 8 um ¼ Teilung gegenüber dem ersten Zustand in der Richtung DL bewegt wurde. In dem zweiten Zustand ist der Zielwinkel θ 90°.The in 23 shown second state is a state in which the magnet 8th was moved by ¼ pitch from the first state in the direction DL. In the second state, the target angle θ is 90 °.

Der in 24 gezeigte dritte Zustand ist ein Zustand, bei dem der Magnet 8 gegenüber dem zweiten Zustand um ¼ Teilung in der Richtung DL bewegt wurde. In dem dritten Zustand ist der Zielwinkel θ 180°.The in 24 shown third state is a state in which the magnet 8th relative to the second state was moved by ¼ pitch in the direction DL. In the third state, the target angle θ is 180 °.

Der in 25 gezeigte vierte Zustand ist ein Zustand, bei dem der Magnet 8 gegenüber dem dritten Zustand um ¼ Teilung in der Richtung DL bewegt wurde. In dem vierten Zustand beträgt der Zielwinkel θ gleich 270°.The in 25 shown fourth state is a state in which the magnet 8th relative to the third state was moved by ¼ pitch in the direction DL. In the fourth state, the target angle θ is equal to 270 °.

Eine Bewegung des Magneten 8 um ¼ Teilung gegenüber dem vierten Zustand in der Richtung DL führt auf den in 22 gezeigten ersten Zustand.A movement of the magnet 8th by ¼ pitch compared to the fourth state in the direction DL leads to the in 22 shown first state.

In der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Zielwinkel θ mit einer vorgegebenen Periode variiert, enthält die erste Magnetfeldkomponente MF1 und die zweite Magnetfeldkomponente MF2 des Drehmagnetfelds MF jeweils die Idealmagnetfeldkomponente, die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen und die Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen, wie in der ersten Ausführungsform.In the present embodiment, when the target angle θ varies with a predetermined period, the first magnetic field component MF1 and the second magnetic field component MF2 of the rotary magnetic field MF include the ideal magnetic field component, the third harmonic magnetic field component, and the fifth harmonic magnetic field component, respectively, as in the first embodiment.

Der Winkelsensor 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die gleiche Ausgestaltung wie jener in der ersten Ausführungsform, der zweiten Ausführungsform, oder der dritten Ausführungsform haben.The angle sensor 2 According to the present embodiment may have the same configuration as that in the first embodiment, the second embodiment, or the third embodiment.

Die übrige Ausgestaltung, Funktion und Wirkungen der vorliegenden Erfindung sind die gleichen wie bei einer der ersten bis dritten Ausführungsformen.The remaining configuration, function and effects of the present invention are the same as in any one of the first to third embodiments.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen beschränkt und es können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden. Zum Beispiel sind die Magneterfassungselemente in der vorliegenden Erfindung nicht auf Spin-Ventil-MR-Elemente (GMR- und TMR-Elemente) oder ARM-Elemente beschränkt, und können beliebige Magneterfassungselemente sein, die eine Magnetschicht haben, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung eines Drehmagnetfelds variiert. Zum Beispiel können Hall-Elemente, die jeweils eine ferromagnetische Schicht umfassen und ferromagnetische Halleffekte nutzen, als Magneterfassungselemente verwendet werden.The present invention is not limited to the aforementioned embodiments, and various modifications can be made. For example, in the present invention, the magnetic detection elements are not limited to spin valve MR elements (GMR and TMR elements) or ARM elements, and may be any magnetic detection elements having a magnetic layer whose magnetization direction corresponds to the direction of a rotating magnetic field varied. For example, Hall elements each including a ferromagnetic layer and utilizing ferromagnetic Hall effects may be used as the magnetic detection elements.

Die magnetische Anisotropie, mit der die Magnetschicht versehen ist, ist nicht auf eine magnetische Formanisotropie beschränkt und kann eine magnetokristalline Anisotropie oder eine belastungsinduzierte magnetische Anisotropie sein.The magnetic anisotropy provided to the magnetic layer is not limited to a magnetic shape anisotropy and may be a magnetocrystalline anisotropy or a stress-induced magnetic anisotropy.

Offensichtlich sind angesichts der obigen Lehre viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich. Es ist daher zu verstehen, dass die Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche und deren Entsprechungen in anderen Ausführungsformen als den vorangegangenen, besonders bevorzugten Ausführungsformen ausgeführt werden kann.Obviously, many modifications and variations of the present invention are possible in light of the above teachings. It is therefore to be understood that within the scope of the appended claims and their equivalents, the invention may be embodied in other embodiments than the foregoing particularly preferred embodiments.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • JP 2011 [0003]JP 2011 [0003]
  • JP 158488 A [0003]JP 158488 A [0003]
  • JP 2011158488 A [0008, 0009]JP 2011158488 A [0008, 0009]

Claims (15)

Winkelsensorsystem (1), aufweisend: eine Magnetfelderzeugungseinheit zur Erzeugung eines Drehmagnetfelds, dessen Richtung an einer vorgegebenen Erfassungsposition gemäß einem zu erfassenden Winkel variiert; und einen Winkelsensor (2) zur Erfassung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition und Erzeugung eines Erfassungswinkelwerts mit einer Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel, dadurch gekennzeichnet, dass: das Drehmagnetfeld an der Erfassungsposition eine erste Magnetfeldkomponente in einer ersten Richtung und eine zweite Magnetfeldkomponente in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung orthogonal ist, enthält, der Winkelsensor (2) umfasst: eine erste Erfassungssignalerzeugungseinheit (11; 111) zur Erzeugung eines ersten Erfassungssignals mit einer Entsprechung zu dem Cosinus eines Winkels, den die Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition bezüglich der ersten Richtung bildet; eine zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit (12; 112) zur Erzeugung eines zweiten Erfassungssignals mit einer Entsprechung zu dem Sinus des Winkels, den die Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition bezüglich der ersten Richtung bildet; und eine Winkelerfassungseinheit (20) zur Erzeugung des Erfassungswinkelwerts auf der Grundlage der ersten und zweiten Erfassungssignale, die erste Erfassungssignalerzeugungseinheit (11; 111) zumindest ein erstes Magneterfassungselement umfasst, das zumindest eine erste Magneterfassungselement eine erste Magnetschicht umfasst, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition variiert, die erste Magnetschicht mit einer ersten magnetischen Anisotropie versehen ist, die zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit (12; 112) zumindest ein zweites Magneterfassungselement umfasst, das zumindest eine zweite Magneterfassungselement eine zweite Magnetschicht umfasst, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition variiert, die zweite Magnetschicht mit einer zweiten magnetischen Anisotropie versehen ist, wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert, die erste und zweite Magnetfeldkomponente jeweils eine Idealmagnetfeldkomponente und eine Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen enthalten, wobei die Idealmagnetfeldkomponente periodisch derart variiert, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve abbildet, und die Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen eine Fehlerkomponente ist, die einer fünften Harmonischen der Idealmagnetfeldkomponente entspricht, die Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen einen Fehler verursacht, der mit ¼ der vorgegebenen Periode in dem Erfassungswinkelwert variiert, angenommen, dass jede der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten nur aus der Idealmagnetfeldkomponente besteht, wenn der zu erfassende Winkel mit der vorgegebenen Periode variiert, das erste und zweite Erfassungssignal jeweils eine Idealsignalkomponente und eine Signalkomponente der dritten Harmonischen enthalten, wobei die Idealsignalkomponente periodisch derart variiert, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve abbildet, und die Signalkomponente der dritten Harmonischen eine Fehlerkomponente ist, die einer dritten Harmonischen der Idealsignalkomponente entspricht, die Signalkomponente der dritten Harmonischen aus den ersten und zweiten magnetischen Anisotropien resultiert, und einen Fehler verursacht, der mit ¼ der vorgegebenen Periode in dem Erfassungswinkelwert variiert, und die ersten und zweiten magnetischen Anisotropien eingestellt sind, es dem Erfassungswinkelwert zu ermöglichen, einen verkleinerten Fehler zu enthalten, der mit ¼ der vorgegebenen Periode variiert, verglichen mit sowohl dem Fehler, den nur die Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht, als auch dem Fehler, den nur die Signalkomponente der dritten Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht.An angle sensor system (1) comprising: a magnetic field generating unit for generating a rotating magnetic field whose direction varies at a predetermined detection position according to an angle to be detected; and an angle sensor (2) for detecting the rotating magnetic field at the detection position and generating a detection angle value corresponding to the angle to be detected, characterized in that: the rotary magnetic field at the detection position has a first magnetic field component in a first direction and a second magnetic field component in a second one Direction orthogonal to the first direction, the angle sensor (2) comprises: a first detection signal generating unit (11; 111) for generating a first detection signal having a correspondence to the cosine of an angle which is the direction of the rotating magnetic field at the detection position the first direction forms; a second detection signal generating unit (12; 112) for generating a second detection signal having a correspondence to the sine of the angle which the direction of the rotating magnetic field forms at the detection position with respect to the first direction; and an angle detection unit (20) for generating the detection angle value on the basis of the first and second detection signals, the first detection signal generating unit (11; 111) comprises at least a first magnetic detection element, the at least one first magnetic detection element comprises a first magnetic layer, the magnetization direction thereof according to the direction of the rotary magnetic field at the detection position, the first magnetic layer is provided with a first magnetic anisotropy, the second detection signal generating unit (12; 112) comprises at least one second magnetic detection element, the at least one second magnetic detection element comprises a second magnetic layer, the magnetization direction thereof according to the direction of the rotary magnetic field at the detection position varies, the second magnetic layer is provided with a second magnetic anisotropy, when the angle to be detected varies with a predetermined period, the first and second Magnetfe each of the ideal magnetic field components periodically varies to form an ideal sinusoidal curve, and the fifth harmonic magnetic field component is an error component corresponding to a fifth harmonic of the ideal magnetic field component, the fifth harmonic magnetic field component causes an error that varies in the detection angle value with ¼ of the predetermined period, assuming that each of the first and second magnetic field components consists only of the ideal magnetic field component when the angle to be detected varies with the predetermined period, the first and second detection signals each have an ideal signal component and include a third harmonic signal component, wherein the ideal signal component periodically varies to map an ideal sinusoidal curve, and the signal component of the dr In the second harmonic, an error component that corresponds to a third harmonic of the ideal signal component, the third harmonic signal component results from the first and second magnetic anisotropies, causes an error that varies in the detection angle value with ¼ of the predetermined period, and the first and second magnetic Anisotropies are set to allow the detection angle value to contain a reduced error that varies with ¼ the predetermined period compared to both the error caused only by the magnetic field component of the fifth harmonic in the detection angle value, and the error that only the Caused signal component of the third harmonic in the detection angle value. Winkelsensorsystem (1) nach Anspruch 1, wobei der Fehler, den nur die Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht, und der Fehler, den nur die Signalkomponente der dritten Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht, eine Phasendifferenz von 45° haben.Angle sensor system (1) to Claim 1 wherein the error caused only by the fifth harmonic magnetic field component in the detection angle value and the error caused only by the third harmonic signal component in the detection angle value have a phase difference of 45 °. Winkelsensorsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei sowohl die erste als auch die zweite magnetische Anisotropie magnetische Formanisotropien sind.Angle sensor system (1) to Claim 1 or 2 wherein both the first and second magnetic anisotropies are magnetic shape anisotropies. Winkelsensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine einfache Achsenrichtung, die von der ersten magnetischen Anisotropie begründet wird, und eine einfache Achsenrichtung, die von der zweiten magnetischen Anisotropie begründet wird, orthogonal zueinander sind.Angle sensor system (1) according to one of Claims 1 to 3 wherein a single axis direction established by the first magnetic anisotropy and a single axis direction established by the second magnetic anisotropy are orthogonal to each other. Winkelsensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei wenn der zu erfassende Winkel mit der vorgegebenen Periode variiert, jede der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten ferner eine Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen enthält, wobei die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen eine Fehlerkomponente ist, die einer dritten Harmonischen der Idealmagnetfeldkomponente entspricht, die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen einen Fehler verursacht, der mit ½ der vorgegebenen Periode in dem Erfassungswinkelwert variiert, und der Winkelsensor (2) den Fehler korrigiert, den die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht.Angle sensor system (1) according to one of Claims 1 to 4 wherein when the angle to be detected varies with the predetermined period, each of the first and second magnetic field components further includes a third harmonic magnetic field component, wherein the magnetic field component is the third harmonic is an error component corresponding to a third harmonic of the ideal magnetic field component, the third harmonic magnetic field component causes an error that varies in the detection angle value by ½ of the predetermined period, and the angle sensor (2) corrects the error that the third harmonic magnetic field component in the Detection angle value caused. Winkelsensorsystem (1) nach Anspruch 5, wobei die Winkelerfassungseinheit eine Korrekturverarbeitung durchführt, um den Fehler zu korrigieren, den die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht.Angle sensor system (1) to Claim 5 wherein the angle detection unit performs correction processing to correct the error caused by the third harmonic magnetic field component in the detection angle value. Winkelsensorsystem (1) nach Anspruch 6, wobei die Korrekturverarbeitung das Durchführen einer Umwandlungsberechnung umfasst, um die ersten und zweiten Erfassungssignale in erste und zweite Berechnungssignale umzuwandeln, die zur Winkelberechnung zur Berechnung des Erfassungswinkelwerts zu verwenden sind, und die Umwandlungsberechnung die ersten und zweiten Erfassungssignale in die ersten und zweiten Berechnungssignale umwandelt, um es dem Erfassungswinkelwert zu ermöglichen, einen verringerten Fehler zu enthalten, der mit ½ der vorgegebenen Periode variiert, verglichen mit dem Fall der Berechnung des Erfassungswinkelwerts mithilfe der ersten und zweiten Erfassungssignale in der Winkelberechnung.Angle sensor system (1) to Claim 6 wherein the correction processing comprises performing a conversion calculation to convert the first and second detection signals into first and second calculation signals to be used for the angle calculation for calculating the detection angle value, and the conversion calculation converts the first and second detection signals into the first and second calculation signals; to allow the detection angle value to include a reduced error that varies with ½ of the predetermined period compared to the case of calculating the detection angle value using the first and second detection signals in the angle calculation. Winkelsensorsystem (1) nach Anspruch 5, wobei eines von dem zumindest einen ersten Magneterfassungselement und dem zumindest einen zweiten Magneterfassungselement eine Magnetschicht umfasst, die mit einer dritten magnetischen Anisotropie versehen ist, wobei die Magnetschicht, die mit der dritten magnetischen Anisotropie versehen ist, eine Schicht ist, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition variiert, und der Fehler, den die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht, mithilfe der ersten oder zweiten magnetischen Anisotropie in dem anderen des zumindest einen ersten Magneterfassungselements und des zumindest einen zweiten Magneterfassungselements und der dritten magnetischen Anisotropie korrigiert wird.Angle sensor system (1) to Claim 5 wherein one of the at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element comprises a magnetic layer provided with a third magnetic anisotropy, the magnetic layer provided with the third magnetic anisotropy being a layer whose direction of magnetization is in the direction of the rotating magnetic field varies at the detection position, and the error caused by the third harmonic magnetic field component in the detection angle value is corrected by the first or second magnetic anisotropy in the other of the at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element and the third magnetic anisotropy , Winkelsensorsystem (1) nach Anspruch 8, wobei die dritte magnetische Anisotropie eine magnetische Formanisotropie ist.Angle sensor system (1) to Claim 8 wherein the third magnetic anisotropy is a magnetic shape anisotropy. Winkelsensorsystem (1) nach Anspruch 8 oder 9, wobei in dem einen des zumindest einen ersten Magneterfassungselement und des zumindest einen zweiten Magneterfassungselements die Magnetschicht, die mit der dritten magnetischen Anisotropie versehen ist, eine andere als die erste oder zweite Magnetschicht ist.Angle sensor system (1) to Claim 8 or 9 wherein in the one of the at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element, the magnetic layer provided with the third magnetic anisotropy is other than the first or second magnetic layer. Winkelsensorsystem (1) nach Anspruch 8 oder 9, wobei, in dem einen des zumindest einen ersten Magneterfassungselements und des zumindest einen zweiten Magneterfassungselements die erste oder zweite Magnetschicht zusätzlich zu der ersten bzw. zweiten magnetischen Anisotropie mit der dritten magnetischen Anisotropie versehen ist.Angle sensor system (1) to Claim 8 or 9 wherein, in which one of the at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element, the first or second magnetic layer is provided with the third magnetic anisotropy in addition to the first and second magnetic anisotropy, respectively. Winkelsensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die dritte magnetische Anisotrope und die erste oder zweite magnetische Anisotropie, die zur Korrektur des Fehlers verwendet werden, den die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht, die gleiche einfache Achsenrichtung begründen.Angle sensor system (1) according to one of Claims 8 to 11 wherein the third magnetic anisotropy and the first or second magnetic anisotropy used to correct the error causing the third harmonic magnetic field component in the detection angle value justify the same single axis direction. Winkelsensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das zumindest eine erste Magneterfassungselement und das zumindest eine zweite Magneterfassungselement jeweils ein oder mehrere magnetoresistive Elemente umfassen.Angle sensor system (1) according to one of Claims 1 to 12 wherein the at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element each comprise one or more magnetoresistive elements. Winkelsensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Magnetfelderzeugungseinheit ein Magnet (5) ist, der um eine Mittenachse drehbar ist, die Erfassungsposition außerhalb der Mittenachse liegt, und der zu erfassende Winkel einer Drehposition des Magneten (5) entspricht.Angle sensor system (1) according to one of Claims 1 to 13 wherein the magnetic field generating unit is a magnet (5) which is rotatable about a center axis, the detection position is outside the center axis, and the angle to be detected corresponds to a rotational position of the magnet (5). Winkelsensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Magnetfelderzeugungseinheit ein Magnet (8) ist, der eine Vielzahl von Paaren aus N- und S-Polen umfasst, die abwechselnd in der ersten Richtung angeordnet sind, eine Relativposition des Magneten (8) bezüglich der Erfassungsposition in der ersten Richtung variabel ist, und der zu erfassende Winkel ein Winkel ist, der die Relativposition des Magneten (8) bezüglich der Erfassungsposition darstellt, wobei eine Teilung des Magneten (8) 360° ist.Angle sensor system (1) according to one of Claims 1 to 13 wherein the magnetic field generating unit is a magnet (8) comprising a plurality of pairs of N and S poles arranged alternately in the first direction, a relative position of the magnet (8) with respect to the detection position in the first direction is variable , and the angle to be detected is an angle representing the relative position of the magnet (8) with respect to the detection position, wherein a pitch of the magnet (8) is 360 °.
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